FR2986836A1

FR2986836A1 - Tole annulaire anti-usure pour une turbomachine

Info

Publication number: FR2986836A1
Application number: FR1251249A
Authority: FR
Inventors: Arnaud Langlois; Kamel Benderradji; Alain Marc Lucien Bromann; Vincent Roy
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-08-16
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: US9212564B2; US20130209249A1; FR2986836B1

Abstract

Tôle annulaire (150) anti-usure pour un crochet annulaire (140) d'un redresseur de turbomachine, cette tôle ayant en section une forme sensiblement en U définissant une gorge annulaire (156) d'engagement sur le crochet et comportant deux parois annulaires latérales (152, 154) reliées entre elles par une paroi annulaire médiane (158), caractérisé en ce qu'une des parois latérales comprend à son extrémité opposée à la paroi médiane des moyens d'appui (164, 166) élastiquement déformables dans une direction sensiblement parallèle aux parois latérales.

Description

986 836 1 Tôle annulaire anti-usure pour une turbomachine L'invention concerne une tôle annulaire anti-usure pour une turbomachine, et en particulier pour un crochet annulaire d'un redresseur, d'un distributeur ou d'un carter de turbomachine.

Un redresseur ou un distributeur de turbomachine comprend une rangée annulaire d'aubes fixes s'étendant radialement entre une plate-forme annulaire interne et une plate-forme annulaire externe, cette plate-forme externe comprenant deux crochets annulaires amont et aval coopérant avec des crochets correspondants d'un carter ou d'une virole portée par le carter de la turbomachine. En fonctionnement, du fait de micro-déplacements générés par les vibrations et de dilatations thermiques différentielles des pièces, les crochets du redresseur et de la virole ou du carter peuvent s'user par frottement l'un sur l'autre. Pour remédier au problème d'usure par frottement de ces crochets, il est connu d'engager sur chacun de ces crochets une tôle annulaire anti-usure à section en U, qui supprime tout contact entre les crochets. Cette tôle est réalisée dans un matériau qui s'use plus facilement par frottement que les matériaux des crochets, et est destinée à être remplacée en cas d'usure trop importante lors d'une opération de maintenance. Les demandes FR 2 938 872 et FR 10/59696 de la demanderesse décrivent des tôles annulaires anti-usure de ce type. Pour optimiser les performances de la turbomachine, il est important d'assurer la meilleure étanchéité radiale en amont des redresseurs du compresseur (ou des distributeurs de la turbine), entre l'extrémité amont de la plate-forme externe de chaque redresseur et l'extrémité aval en regard de la virole du carter située en amont du redresseur. Cela permet d'éviter des recirculations en amont du redresseur, qui réduisent les performances et l'opérabilité de la turbomachine.

Dans la technique actuelle, il est connu d'assurer cette étanchéité par appui axial de l'extrémité amont de la plate-forme externe du redresseur sur l'extrémité aval de la virole située en amont, cet appui axial étant maintenu grâce à un anneau ondulé élastiquement déformable en direction axiale et monté en aval du crochet aval du redresseur. Cet anneau est monté précontraint en direction axiale dans un logement du carter ou d'une virole et prend appui axialement sur le crochet aval du redresseur pour solliciter le redresseur vers l'amont et le maintenir en appui axial étanche sur la virole amont. Cependant, cette technologie ne peut pas être utilisée dans tous les moteurs, et en particulier ceux de petite taille car son encombrement est trop important. C'est notamment le cas lorsque l'emplacement dans la virole aval destiné à recevoir ce type d'anneau est déjà occupé par d'autres éléments tels que des amortisseurs de vibrations. L'invention a pour but d'apporter une solution simple, efficace et 15 économique à ce problème. Elle propose à cet effet une tôle annulaire anti-usure pour un crochet annulaire d'un redresseur, d'un distributeur ou d'un carter d'une turbomachine, cette tôle ayant en section une forme sensiblement en U définissant une gorge annulaire d'engagement sur le crochet et comportant 20 deux parois annulaires latérales sensiblement parallèles s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre elles par une paroi annulaire médiane, caractérisé en ce qu'une des parois latérales comprend à son extrémité opposée à la paroi médiane des moyens d'appui élastiquement déformables dans une direction sensiblement parallèle aux parois latérales. 25 La tôle anti-usure selon l'invention peut alors être en précontrainte axiale au niveau du crochet aval d'un redresseur ou d'un distributeur, la force de poussée résultant de cette précontrainte étant suffisante pour solliciter le redresseur vers l'amont et le maintenir en appui axial sur une virole amont, assurant ainsi une étanchéité en direction radiale au niveau 30 de ce plan d'appui. 2 986 836 3 La tôle anti-usure intègre ainsi, en plus de sa fonction anti-usure, une fonction de poussée élastique lorsqu'elle est précontrainte axialement. Cette fonction est assurée par les moyens élastiques portés par l'une des parois latérales de la tôle. 5 Ces moyens élastiques sont de préférence formés d'une seule pièce avec la tôle qui est par exemple réalisée par emboutissage, et qui peut être sectorisée, c'est-à-dire formée de plusieurs secteurs de tôle disposés circonférentiellement bout à bout. La tôle peut avoir une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm, et par exemple entre 0,2 et 0,3mm. Elle peut 10 être en acier ou en inconel. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la paroi latérale précitée comprend à son extrémité opposée à la paroi médiane un rebord annulaire qui s'étend vers l'extérieur de la gorge et qui définit avec la face annulaire externe de cette paroi latérale un angle compris entre 30 et 150°, de préférence entre 90 et 140°, et plus préférentiellement entre 100 et 130°. De préférence, le rebord annulaire a son bord périphérique libre qui a en section une forme arrondie dont la surface convexe est orientée du côté opposé à la paroi médiane et définit une surface d'appui. Ceci évite l'appui d'une arête vive du rebord sur le carter ou le redresseur et limite donc les risques de détérioration du carter ou du redresseur du fait de cet appui. Le rebord annulaire de la tôle peut être sectorisé. Pour cela, plusieurs encoches peuvent être formées dans ce rebord, ces encoches s'étendant sur sensiblement toute la dimension axiale du rebord et délimitant entre elles des secteurs de rebord qui sont élastiquement déformables indépendamment les uns des autres. Ceci permet de rendre plus souple le rebord en direction axiale, c'est-à-dire de réduire la force nécessaire à la déformation élastique du rebord en direction axiale.

Les moyens d'appui peuvent être portés par la paroi latérale interne ou la paroi latérale externe de la tôle. Dans le cas où ils sont portés par la paroi interne, ces moyens élastiques s'étendent radialement vers l'intérieur depuis cette paroi interne. Dans le cas où ils sont portés par la paroi externe, les moyens élastiques s'étendent radialement vers l'extérieur depuis la paroi externe.

La présente invention concerne également un compresseur ou une turbine de turbomachine, comportant un carter annulaire à l'intérieur duquel est fixé au moins un redresseur ou distributeur, ce redresseur ou distributeur comportant des crochets annulaires amont et aval coopérant avec des crochets correspondants du carter ou d'une virole portée par le carter, des tôles annulaires anti-usure étant montées au niveau des crochets amont et aval du redresseur, caractérisé en ce que la tôle annulaire montée au niveau du crochet aval est telle que définie ci-dessus, cette tôle prenant appui axialement par sa partie médiane sur le redresseur, ou sur le carter, et par ses moyens d'appui sur le carter, ou sur le redresseur, respectivement, de façon à solliciter le redresseur vers l'amont. La tôle peut être engagée sur le crochet aval du redresseur et prendre appui axialement par ses moyens d'appui sur le redresseur. Cette tôle est en outre logée dans une gorge annulaire du carter ou de la virole portée par le carter, et sa paroi médiane est en appui sur le fond de cette gorge. En variante, la tôle est engagée sur un crochet aval du carter ou de la virole portée par le carter et prend appui axialement par ses moyens d'appui sur ce carter ou cette virole. Cette tôle est en outre logée dans une cavité annulaire du redresseur sur le fond de laquelle prend appui la paroi médiane de la tôle. La présente invention concerne enfin une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une tôle annulaire anti-usure telle que décrite ci-30 dessus. 2 986 836 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 5 la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un compresseur d'une turbomachine, selon la technique antérieure ; la figure 1 a est une vue à plus grande échelle du détail I de la figure 1 ; la figure 2 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un autre compresseur d'une turbomachine, selon la technique antérieure ; 10 la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un secteur d'une tôle annulaire anti-usure selon l'invention ; les figures 4 et 5 sont des vues schématiques partielles en coupe axiale de redresseurs de turbomachine qui sont chacun équipés d'une tôle anti-usure selon l'invention ; et 15 la figure 6 est une vue schématique en perspective d'une variante de réalisation d'un secteur de tôle anti-usure selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une partie d'un compresseur haute-pression 10 de turbomachine comprenant plusieurs étages de compression montés dans un carter 12. Chaque étage comprend 20 une roue portant une rangée annulaire d'aubes mobiles 14 et un redresseur aval comportant d'une rangée annulaire d'aubes fixes 16. Les roues des étages de compression comprennent des disques 18 reliés à l'arbre du compresseur 10 de la turbomachine. Les aubes fixes 16 de chaque redresseur s'étendent radialement entre une plate-forme interne 20 et une 25 plate-forme externe 22. Les plates-formes internes 18 des redresseurs portent sur leur surface interne un matériau abradable 24 coopérant avec des léchettes 26 portés par le rotor du compresseur. La plate-forme externe 22 de chaque redresseur comprend un crochet annulaire amont 28 qui est engagé dans une gorge annulaire 30 tournée vers l'aval, formée dans une virole 32 portée par le carter 12. La plate-forme externe 20 comprend également un crochet annulaire aval 34 engagé dans une gorge annulaire 36 tournée vers l'amont d'une autre virole 32 portée par le carter 12 (figure 1 a). Chaque virole 32 portée par le carter 12 entoure une roue du compresseur et comprend sur sa face radialement interne une couche 38 5 de matière abradable destinée à coopérer avec les extrémités des aubes mobiles 14 de la roue correspondante. Chaque gorge annulaire 30, 36 délimite avec la face interne de la virole 32 correspondante un crochet annulaire 40 autour duquel s'étend un crochet 28, 34 du redresseur. 10 Une tôle annulaire anti-usure 42 à section en U est montée sur chacun des crochets amont 28 et aval 38 de chaque redresseur et supprime tout contact entre le crochet 28, 38 et la virole 32 correspondante, augmentant ainsi la durée de vie des redresseurs et des viroles. Les tôles anti-usure 42 de la technique antérieure ne garantissent 15 pas une étanchéité entre les redresseurs et les viroles, et en particulier une étanchéité radiale en amont des redresseurs, entre leurs crochets amont et les viroles correspondantes, créant ainsi des zones de recirculation d'air en amont des redresseurs. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé de solliciter 20 l'extrémité amont de la plate-forme externe 22 de chaque redresseur en appui axial sur l'extrémité aval de la virole 32 correspondante, cet appui axial étant suffisant pour garantir une étanchéité radiale en amont des redresseurs. Pour cela, comme représenté en figure 2, un anneau ondulé 44 25 élastiquement déformable en direction axiale est monté précontraint au fond de la gorge 36 de chaque virole 32 et prend appui respectivement sur l'extrémité aval du crochet aval 34 et sur le fond de la gorge 36 pour exercer une force de poussée sur le redresseur et le solliciter axialement vers l'amont. L'effort axial exercé par l'anneau 44 sur le redresseur est 30 suffisant pour maintenir l'extrémité amont de la plate-forme 22 en appui axial en C sur l'extrémité aval de la virole 32 située en amont du 2 986 836 7 redresseur. Cependant, cette technologie n'est pas toujours applicable, en particulier dans les moteurs de petite taille. L'invention permet de remédier à ce problème grâce à l'intégration d'une fonction de rappel élastique à une tôle anti-usure du type précité. Les figures 3 et 4 représentent un premier mode de réalisation de la tôle annulaire anti-usure selon l'invention. Cette tôle 50 a en section une forme sensiblement en U et comporte deux parois latérales, respectivement interne 52 et externe 54, s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre, ces parois définissant entre elles une gorge annulaire 56 d'engagement d'un crochet et étant reliées entre elles à une de leurs extrémités axiales par une paroi annulaire médiane 58. Comme cela est représenté en figure 4, chaque redresseur est associé à une seule tôle 50 selon l'invention qui est montée au niveau de son crochet aval 34, son crochet amont 28 étant lui associé à une tôle 42 classique de la technique antérieure. Le crochet aval 34 du redresseur de la figure 4 est engagé sur un crochet annulaire amont 40 d'une virole 32 portée par le carter 12, ce crochet 40 s'étendant dans une cavité annulaire 60 du redresseur délimitée par le crochet 34 et la plate-forme externe 22 du redresseur et débouchant vers l'aval. La paroi interne 52 de la tôle 50 est intercalée entre la face cylindrique interne du crochet 40 de la virole 32 et une surface cylindrique externe de la plate-forme externe 22 du redresseur qui est la surface cylindrique interne de la cavité 60 du redresseur. Comme cela est visible en figure 3, la paroi interne 52 de la tôle 50 comprend des renflements 62 orientés vers l'intérieur du U et régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal de la tôle. Les renflements 62 sont en appui radial sur la surface cylindrique interne du crochet 40 de la virole et le reste de la paroi interne 52 de la tôle 50 est en appui sur la surface cylindrique interne de la cavité 60, ce qui permet de serrer radialement la paroi interne 52 et de maintenir la tôle en position. La paroi médiane 58 de la tôle est en appui axial vers l'amont sur le fond de la cavité 60 du redresseur.

La paroi externe 54 de la tôle est intercalée entre la face cylindrique externe du crochet 40 de la virole 32 et une surface cylindrique interne du crochet 34 du redresseur qui est la surface cylindrique externe de la cavité 60. La paroi 54 comporte à son extrémité aval un rebord annulaire 64 orienté radialement vers l'extérieur, ce rebord 64 étant élastiquement déformable en direction axiale et comprenant à sa périphérie externe une surface annulaire aval 68 d'appui sur une surface annulaire radiale 66 de la virole 32. Dans l'exemple représenté, le rebord 64 est incliné d'amont en aval vers l'extérieur et définit avec la face externe de la paroi 54 de la tôle 50 un angle a compris entre 90 et 140°, et de préférence entre 100 et 130° (au repos). Le bord périphérique externe de la tôle 50 est courbé vers l'amont et vers l'extérieur et a en section une forme incurvée en C dont la surface annulaire convexe est orientée vers l'aval et forme la surface d'appui 68 précitée. La tôle 50 est engagée dans la cavité 60 du redresseur par translation axiale depuis l'aval, jusqu'à ce que sa paroi médiane 58 vienne en appui axial sur le fond de la cavité 60. Le redresseur est ensuite accroché sur la virole 32 du carter en engageant son crochet aval 34 sur le crochet amont 40 de la virole. Lors de cet engagement, le crochet 40 de la virole s'engage dans la gorge 56 de la tôle et le rebord 64 de la tôle vient en appui par sa surface d'appui aval 68 sur la paroi radiale 66 de la virole. En position de montage, la distance axiale d entre le fond de la cavité 60 du redresseur et la surface radiale 66 de la virole 32 est inférieure à la longueur ou dimension axiale de la tôle 50 au repos, cette longueur étant mesurée entre la surface annulaire amont d'appui de la paroi médiane 58 et la surface d'appui aval 68 du rebord 66 lorsque ce dernier n'est pas contrant axialement. Lors de l'engagement précité, le rebord 64 de la tôle se déforme élastiquement, sa surface d'appui 68 étant déplacée vers l'amont, par rapport au reste de la tôle, à mesure que cette surface 68 glisse sur la surface radiale 66 de la virole. La tôle est ainsi montée en précontrainte axiale au niveau du crochet aval 34 du redresseur. Dans sa position précontrainte, la tôle 50 qui est en appui vers l'amont par sa partie médiane 58 sur le redresseur et vers l'aval par son rebord 64 sur la virole, exerce un effort axial vers l'amont sur le redresseur dont l'extrémité amont de la plate-forme externe 22 est maintenue en appui axial en C sur l'extrémité aval de la virole située en amont du redresseur. Cet effort axial est égal à la force de rappel élastique générée par le rebord 64 de la tôle du fait de sa déformation, et est par exemple d'au plus 580N. Comme cela est visible en figure 3, la tôle 50 peut être sectorisée pour faciliter son montage, la tôle comprenant alors plusieurs secteurs de tôle disposés circonférentiellement bout à bout ou légèrement espacés circonférentiellement les uns des autres en position de montage. Ces secteurs de tôle peuvent être empêchés de se déplacer circonférentiellement vis-à-vis du redresseur et de la virole par des verrous intercalés entre deux secteurs adjacents et coopérant avec le redresseur ou la virole. Dans le cas où le redresseur est sectorisé, ces verrous peuvent être ceux utilisés pour bloquer en rotation les redresseurs vis-à-vis de la virole. Dans la variante de réalisation de l'invention représentée en figure 5, la tôle anti-usure 150 montée au niveau du crochet aval 134 du redresseur comporte des moyens d'appui élastiquement déformable qui sont portés par la paroi interne 152 de la tôle. Ces moyens d'appui sont similaires à ceux décrits précédemment. Ils sont formés par un rebord annulaire qui s'étend radialement vers l'intérieur et vers l'amont depuis l'extrémité amont de la paroi interne 152 qui définit avec la paroi externe 154 une gorge 156 débouchant vers l'amont. La tôle 150 est engagée dans une gorge annulaire 136 de la virole débouchant vers l'amont, par translation axiale depuis l'amont, jusqu'à ce que la paroi médiane 158 de la tôle vienne en appui axial sur le fond de la gorge 160. Le redresseur est ensuite accroché sur la virole 132 du carter en engageant son crochet aval 134 dans la gorge 156 de la tôle 150 et sur le crochet amont 140 de la virole. Lors de cet engagement, le rebord 164 de la tôle vient en appui par sa surface amont d'appui sur le fond de la cavité 160 du redresseur et se déforme élastiquement. En position précontrainte, la tôle 150 qui est en appui vers l'amont par son rebord 164 sur le redresseur et vers l'aval par sa partie médiane 158 sur la virole, exerce un effort axial vers l'amont sur le redresseur dont l'extrémité amont de la plate-forme externe est maintenue en appui axial en C sur l'extrémité aval de la virole située en amont du redresseur. La tôle 250 de la variante de réalisation de la figure 6 diffère de celle de la figure 3 essentiellement en ce que son rebord 264 est sectorisé. Ce rebord 264 comprend plusieurs fentes 270 qui sont régulièrement réparties autour de l'axe de la tôle et qui définissent entre elles des secteurs 272 de rebord qui sont déformables élastiquement en direction axiale indépendamment les uns des autres. Les fentes 270 s'étendent sur sensiblement toute la dimension axiale du rebord.25

Claims

REVENDICATIONS1. Tôle annulaire (50) anti-usure pour un crochet annulaire (40) d'un redresseur, d'un distributeur ou d'un carter d'une turbomachine, cette tôle ayant en section une forme sensiblement en U définissant une gorge annulaire (56) d'engagement sur le crochet et comportant deux parois annulaires latérales (52, 54) sensiblement parallèles s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre elles par une paroi annulaire médiane (58), caractérisé en ce qu'une des parois latérales comprend à son extrémité opposée à la paroi médiane des moyens d'appui (64, 66) élastiquement déformables dans une direction sensiblement parallèle aux parois latérales.
2. Tôle selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi latérale précitée comprend à son extrémité opposée à la paroi médiane un rebord annulaire (64) qui s'étend vers l'extérieur de la gorge (56) et qui définit avec la face annulaire externe de cette paroi latérale un angle (a) compris entre 90 et 140°, et de préférence entre 100 et 130°.
3. Tôle selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rebord annulaire (64) a son bord périphérique libre qui a en section une forme 20 arrondie dont la surface convexe (66) est orientée du côté opposé à la paroi médiane (58) et définit une surface d'appui.
4. Tôle selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le rebord annulaire (264) est sectorisé.
5. Tôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en 25 ce qu'elle est sectorisée.
6. Tôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d'appui sont portés par la paroi latérale interne (152) ou la paroi latérale externe (54).
7. Compresseur (10) ou turbine de turbomachine, comportant un 30 carter annulaire (12) à l'intérieur duquel est fixé au moins un redresseur ou distributeur, ce redresseur ou distributeur comportant des crochets 2 986 836 12 annulaires amont (28) et aval (34) coopérant avec des crochets (40) correspondants du carter ou d'une virole (32) portée par le carter, des tôles annulaires anti-usure (42, 50) étant montées au niveau des crochets amont et aval du redresseur, caractérisé en ce que la tôle annulaire (50) montée 5 au niveau du crochet aval est telle que définie à l'une des revendications précédentes, cette tôle prenant appui axialement par sa partie médiane (58) sur le redresseur, ou sur le carter, et par ses moyens d'appui (64, 66) sur le carter, ou sur le redresseur, respectivement, de façon à solliciter le redresseur vers l'amont. 10
8. Compresseur ou turbine selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tôle (150) est engagée sur le crochet aval (34) du redresseur et prend appui axialement par ses moyens d'appui (164) sur le redresseur, et est en outre logée dans une gorge annulaire (136) du carter ou de la virole portée par le carter, la paroi médiane (158) de la tôle étant en appui sur le 15 fond de cette gorge.
9. Compresseur ou turbine selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tôle (50) est engagée sur un crochet aval (40) du carter ou de la virole portée par le carter et prend appui axialement par ses moyens d'appui (64, 66) sur ce carter ou cette virole, et est en outre logée dans une cavité annulaire (60) du redresseur sur le fond de laquelle prend appui la paroi médiane (58) de la tôle.
10. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une tôle annulaire (50, 150, 250) anti-usure selon l'une des revendications 1 à 6.25