FR3066226A1 - Verrouillage anneau stator sous distributeur haute pression - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un ensemble pour turbomachine comprenant : - un distributeur de turbine (40), - un carter annulaire support de distributeur (5), relié au distributeur (40), comprenant une première bride annulaire support (501) reliée à un injecteur axial (55), et une deuxième bride annulaire support (502), lesdites brides (501, 502) s'étendant axialement depuis le carter (5), - une butée (51) reliée au carter (5), et configurée pour bloquer le carter (5) en position par rapport au distributeur (40), et - des moyens de maintien (6) de la butée (51), caractérisé en ce que les moyens de maintien (6) de la butée (51) comprennent une cale annulaire (6) s'étendant radialement entre la deuxième bride support (502) et la butée (51).
Description
DOMAINE TECHNIQUE L’invention concerne un ensemble de pièces de turbomachine. L’invention vise plus spécifiquement les supports de distributeurs de turbine, par exemple de turbine haute pression.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une turbine de turbomachine comporte classiquement des éléments fixes, constituant le stator, et des éléments mobiles, constituant le rotor, centrés sur un axe longitudinal de turbomachine.
Les éléments mobiles sont des roues porteuses de pales, tournant autour de l’axe longitudinal de turbomachine, et intercalées entre des grilles de pales fixes, également appelées distributeur. L'ensemble distributeur/roue constitue un étage de turbine.
Pour faciliter le montage de la turbine, les distributeurs sont parfois obtenus par assemblage d'au moins deux secteurs de distributeur. Chaque secteur de distributeur peut comporter un certain nombre de pales fixes réparties entre un anneau radialement externe, relativement à l’axe longitudinal de turbomachine, appelé plate-forme extérieure, et un anneau radialement interne, appelé plateforme intérieure. Généralement, la plateforme intérieure se prolonge radialement vers l'intérieur par une bride d'accrochage servant à fixer le distributeur, ou le secteur de distributeur, sur une pièce support. Cette pièce support sert également d’accroche pour les injecteurs alimentant le rotor, lorsque les injecteurs sont disposés de manière axiale par rapport à l’axe longitudinal de turbomachine. Par la suite, le terme « distributeur » sera employé pour désigner un distributeur entier ou un secteur de distributeur.
On a représenté en figure 1 une conception existante de support de distributeur 10 de turbine. Sur la figure 1, on distingue un étage de turbine comprenant : - une roue 11, comprenant une aube mobile 110 montée par son pied dans une alvéole 111 de disque de rotor 112, et - un distributeur 10, comprenant une aube fixe 101 reliée par son pied à une plateforme inférieure 102 annulaire et à une bride annulaire d’accrochage de distributeur 103.
La roue 11 et le distributeur 10 s’étendent radialement, depuis un axe longitudinal X-X de turbomachine, au sein d’une veine d’écoulement 12 d’air chaud.
La bride annulaire d’accrochage de distributeur 103 s’étend radialement depuis la plateforme inférieure 102, et permet de relier l’aube fixe 101 à une pièce support comprenant un carter 2 annulaire.
Le carter 2 est relié à un injecteur axial 24 par l’intermédiaire d’une première bride annulaire support 201 s’étendant axialement depuis le carter 2.
La liaison entre le distributeur 10 et le carter 2 est assurée par la coopération de la bride annulaire d’accrochage de distributeur 103 et d’une bride annulaire d’accrochage de carter 203 qui s’étend radialement depuis le carter 2.
Cette coopération met en œuvre un ensemble de pions de liaison 22 s’étendant axialement à travers la bride annulaire d’accrochage de distributeur 103 et la bride annulaire d’accrochage de carter 203, et répartis de manière circonférentielle autour de l’axe X-X. La présence des pions de liaison 22 empêche les mouvements circonférentiels des brides d’accrochage 103, 203 l’une par rapport à l’autre.
Cette coopération met également en œuvre au moins un pion de butée 21 s’étendant radialement à travers le carter support 2, et configuré pour bloquer axialement les brides d’accrochage 103, 203 l’une contre l’autre.
Cette coopération est en outre rendue étanche à l’infiltration d’air en provenance de la veine d’écoulement 12 au moyen d’un joint élastique 23.
Le support de distributeur 10 comprend également une cale 3 annulaire s’étendant entre la première extension annulaire 201 et la bride annulaire d’accrochage de carter 203.
La cale 3 est reliée au carter 2 par l’intermédiaire d’une bride centrale 31 reliée à une deuxième bride annulaire support 202 s’étendant axialement depuis le carter 2 au moyen d’une liaison boulonnée 32.
En outre, la cale 3 supporte, au niveau de sa portion radialement externe, le pion de butée 21.
La cale 3 comprend enfin une portion d’abradable 33 disposée en regard de léchettes d’étanchéité tournantes 34 reliées à la roue 11.
La présence de la cale 3 permet de stabiliser le support de distributeur 10 en limitant les mouvements des différents éléments de support à la fois dans des directions radiales et axiales. Cet ensemble permet également de protéger l’injecteur axial 24, lors du fonctionnement de la turbine. Cependant, la présence de la liaison boulonnée 32 alourdit le support de distributeur 10 et empêche sa mise en œuvre dans des turbomachines de petite taille. A cet égard, il a notamment été proposé dans le document FR 2 908 153, au nom de la Demanderesse, un dispositif d’accrochage pour distributeur privé de liaison boulonnée. Dans ce dispositif, un carter et une cale annulaires sont maintenus emboîtés par une pièce de maintien circonférentielle configurée pour empêcher les mouvements relatifs du carter et de la cale l’un par rapport à l’autre. Cependant, un tel dispositif implique de modifier substantiellement la liaison entre le carter et le distributeur pour accommoder la présence de la pièce de maintien, ce qui n’est pas souhaitable pour faciliter la maintenance des machines existantes.
Il existe donc un besoin de proposer un ensemble support de distributeur compact et léger, qui puisse être mis en œuvre dans des turbomachines de petite taille à faible coût, et dont la maintenance soit facilitée.
RESUME DE L’INVENTION
Un but de l’invention est de proposer un ensemble support de distributeur de turbine ayant la caractéristique d’être compact.
Un autre but de l’invention est de proposer un ensemble support de distributeur de turbine qui soit léger.
Un autre but de l’invention est de proposer un ensemble support de distributeur de turbine adapté pour les turbomachines de petite taille.
Un autre but de l’invention est de réduire les coûts de fabrication d’un ensemble support de distributeur pour turbine.
Un autre but de l’invention est de faciliter la maintenance de supports de distributeur de turbine en simplifiant le montage et le démontage de tels supports.
Un autre but de l’invention est de proposer un ensemble de turbomachine formant support de distributeur étanche à l’infiltration d’air chaud en provenance de la veine d’écoulement de la turbine.
Un autre but de l’invention est de prévoir un ensemble support de distributeur de turbine permettant d’utiliser des injecteurs axiaux. L’invention propose notamment un ensemble pour turbomachine comprenant : - un distributeur de turbine, - un carter annulaire support de distributeur comprenant une première bride annulaire support reliée à un injecteur axial, et une deuxième bride annulaire support, lesdites brides s’étendant axialement depuis le carter, - une butée reliée au carter, et configurée pour bloquer le carter en position par rapport au distributeur, et - des moyens de maintien de la butée, caractérisé en ce que les moyens de maintien de la butée comprennent une cale annulaire s’étendant radialement entre la deuxième bride support et la butée.
Dans un tel ensemble pour turbomachine, la liaison boulonnée a été supprimée du carter support de distributeur, et la taille de la cale annulaire est réduite par rapport aux ensembles de l’art antérieur. L’ensemble est donc plus léger, plus compact, et adapté pour les moteurs de petite taille. De plus, seule la forme de la cale annulaire est modifiée par rapport aux ensembles de l’art antérieur, le carter support et la butée demeurant globalement inchangés. Ceci permet de faciliter la mise en œuvre de l’ensemble dans les turbomachines existantes, tout en facilitant le montage, le démontage, et la maintenance. Cet ensemble permet enfin de conserver l’usage d’injecteurs axiaux. L’ensemble selon l’invention peut en outre comprendre les caractéristiques suivantes : - il comprend un anneau de type circlips, disposé entre la cale et un rebord de maintien annulaire de carter, et configuré pour prévenir les mouvements axiaux de la cale relativement à la deuxième bride support, - le carter support et le distributeur sont reliés par des moyens comprenant au moins un pion de fixation, - le carter comprend une bride annulaire d’accrochage de carter et le distributeur comprend une bride annulaire d’accrochage de distributeur, lesdites brides d’accrochage s’étendant radialement respectivement depuis le carter et le distributeur, le pion de fixation s’étendant axialement à travers la bride d’accrochage de carter et de distributeur, - la cale présente une forme générale de U, dont les branches sont en contact avec la deuxième bride support et la butée, - il comprend un joint d’étanchéité annulaire entre la bride d’accrochage de distributeur, et la bride d’accrochage de carter, - le joint d’étanchéité est élastique, par exemple est un ressort à soufflet, - la butée comprend un pion s’étendant radialement au travers d’une bride annulaire axiale de carter, et - le carter comprend une bride annulaire transverse, et la première et la deuxième bride support s’étendent axialement depuis ladite bride transverse. L’invention porte également sur une turbomachine comprenant un ensemble tel que décrit précédemment.
DESCRIPTIF RAPIDE DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d’exemple non limitatif et sur lesquels : - La figure 1, déjà décrite, illustre schématiquement une vue en coupe d’un exemple d’ensemble de turbomachine formant support de distributeur connu de l’art antérieur, - La figure 2 illustre schématiquement une vue en coupe d’un exemple de réalisation d’un ensemble de turbomachine formant support de distributeur conforme à l’invention, - La figure 3 est une première vue en perspective d’un exemple de réalisation d’un ensemble de turbomachine formant support de distributeur conforme à l’invention, et - La figure 4 est une seconde vue en perspective d’un exemple de réalisation d’un ensemble de turbomachine formant support de distributeur conforme à l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence aux figures, on va maintenant décrire un exemple de réalisation d’un ensemble pour turbomachine formant support de distributeur 40 de turbine de turbomachine, par exemple de turbine haute pression.
Comme décrit précédemment, une turbine de turbomachine comporte des éléments fixes, constituant le stator, et des éléments mobiles, constituant le rotor, centrés sur un axe longitudinal X-X de turbomachine.
Le stator comprend un distributeur 40. En outre, le rotor comprend une roue 41. Enfin, l'ensemble distributeur 40/roue 41 constitue un étage de turbine centré sur l’axe X-X.
Le distributeur 40 est fixé, par sa portion radialement interne relativement à l’axe X-X, à une pièce support 5. Cette pièce support 5 sert également d’accroche pour les injecteurs 55 alimentant le rotor, lorsque les injecteurs 55 sont disposés de manière axiale par rapport à l’axe X-X.
Plus précisément, le support du distributeur 40 de turbine est assuré par un ensemble pour turbomachine qui comprend : - un distributeur 40, comprenant une aube fixe 401 reliée par son pied à une plateforme inférieure 402 annulaire comprenant une bride annulaire d’accrochage de distributeur 403 s’étendant radialement depuis la plateforme inférieure 402, - un carter 5 annulaire, comprenant une bride annulaire d’accrochage 503 qui s’étend radialement depuis le carter 5, une première bride annulaire support 501 relié à un injecteur axial 55, et une deuxième bride annulaire support 502, qui s’étendent axialement depuis le carter 5, - une butée 51 reliée au carter 5, et configurée pour bloquer le carter 5 en position par rapport au distributeur 40, et - des moyens de maintien 6 de la butée 51, lesdits moyens 6 comprenant une cale 6 annulaire s’étendant radialement entre la deuxième bride annulaire support 502 et la butée 51.
La présence de la cale 6 permet de stabiliser l’ensemble formant support de distributeur 40 en limitant les mouvements radiaux et axiaux, relativement à l’axe X-X, des différents éléments de support. En outre, ne pas utiliser de liaison boulonnée pour relier la cale 6 au carter 5 permet d’alléger le support, tout en le rendant plus compact de 50%. Par ailleurs, ne pas utiliser la liaison boulonnée réduit les temps de maintenance en simplifiant le montage et le démontage du support de distributeur 40. De plus, la hauteur radiale de l’ensemble support est identique à celui des ensembles de l’art antérieur, ce qui permet de maintenir l’injecteur axial 55 au niveau qui est le sien au sein des turbines actuelles.
La roue 41 de turbine comprend une aube mobile 410 montée par son pied dans une alvéole 411 de disque de rotor 412. La roue 41 et le distributeur 40 s’étendent radialement, depuis un axe longitudinal X-X de turbomachine, au sein d’une veine d’écoulement 42 d’air chaud.
Comme illustré sur la figure 2, la roue 41 peut en outre comprendre une léchette d’étanchéité 56 s’étendant radialement relativement à l’axe X-X, et configuré pour prévenir l’infiltration d’air en provenance veine d’écoulement 42 d’air chaud. Les léchettes 56 tournent autour de l’axe X-X en même temps que le rotor, et peuvent alors coopérer avec une portion d’abradable 54 disposée en regard de léchettes d’étanchéité tournantes 56, et s’étendant radialement depuis la deuxième bride annulaire support 502.
Comme illustré sur les figures 2 à 4, le carter 5 peut comprendre une bride annulaire transverse de carter 506 et une bride annulaire axiale de carter 505. Deux plans localement tangents respectivement à la bride axiale 505 et à la bride d’accrochage 503 sont alors substantiellement orthogonaux. De plus, la première bride support 501 et la deuxième bride support 502 s’étendent alors axialement depuis la bride transverse 506.
La bride annulaire d’accrochage de distributeur 403 permet de relier les aubes fixes 401 au carter 5 annulaire, en coopérant avec la bride annulaire d’accrochage de carter 503.
Comme illustré sur les figures 2 à 4, cette coopération peut mettre en œuvre un ensemble de pions de fixation 52 s’étendant axialement à travers la bride annulaire d’accrochage de distributeur 403 et la bride annulaire d’accrochage de carter 503, et répartis de manière circonférentielle autour de l’axe X-X. Enfin, l’ensemble des pions de fixation 52 empêche une rotation relative du distributeur 40 et du carter 5 l’un par rapport à l’autre, tout en autorisant les dilatations différentielles axiales des brides d’accrochage 403 et 503 dues à la différence de température entre l’amont et l’aval du distributeur.
De plus, comme illustré sur les figures 2 à 4, cette coopération est stabilisée par la présence de la butée 51, qui bloque axialement le mouvement des brides d’accrochage 403 et 503.
La butée 51 est maintenue par la cale 6 et permet également de supporter les efforts radiaux, par exemple de vibration, en provenance du distributeur 40.
La butée 51 peut se présenter sous forme de pion radial 51 s’étendant à travers la bride axiale 505. La tête du pion 51 est alors disposée en regard de la cale 6, tandis que le corps s’étend dans une direction radiale vers le distributeur 40. La maintenance de l’ensemble est alors facilitée, en simplifiant les opérations de montage et de démontage. Comme illustré sur la figure 3, dans un mode de réalisation où la butée 51 est formée d’un (ou plusieurs) pions radiaux 51, et la coopération entre distributeur 40 et carter 5 est mise en œuvre par des pions de liaison 52, les corps de pions de butée 51 et de pions de liaison 52 peuvent rentrer en conflit spatial. Il est alors préférable d’agencer les pions de butée 51 et les pions radiaux 52 de manière circonférentielle alternée autour de l’axe X-X.
En outre, comme illustré sur les figures 2 à 4, cette coopération peut être rendue étanche à l’infiltration d’air en provenance de la veine d’écoulement 42, par exemple au moyen d’un joint élastique 53, disposé entre la bride d’accrochage de distributeur 403, et la bride d’accrochage de carter 503. Le joint élastique 53 peut alors avantageusement être un ressort à soufflet, dont les propriétés permettent d’assurer l’étanchéité de la coopération malgré la différence de pression entre l’amont et l’aval du distributeur. En tout état de cause, le joint élastique 53 est en mesure de supporter des mouvements relatifs des brides d’accrochage de distributeur 403 et de carter 503 dans une direction axiale, tout en interdisant l’infiltration d’air en provenance de la veine d’écoulement 42. Le joint élastique 53 est usiné dans un matériau en mesure de supporter les températures élevées à ce niveau de la turbomachine, c’est-à-dire typiquement de l’ordre de 600 à 700°C L’utilisation de pions de fixation 52, d’un pion de butée 51, et d’un joint élastique 53 étant commune avec les supports déjà connus, ceci permet de réduire les coûts de mise en œuvre d’un tel ensemble dans les turbomachines actuelles, tout en en facilitant la maintenance.
Comme illustré sur les figures 2 à 4, le carter peut en outre comprendre un rebord de maintien annulaire de carter 504, s’étendant radialement dans le prolongement de la bride d’accrochage de carter 503. L’ensemble formant support de distributeur peut alors comprendre un anneau 7 de type circlips disposé entre la cale 6 et le rebord de maintien 504. L’anneau 7 permet de limiter les mouvements axiaux de la cale 6 relativement à la deuxième bride support 502. La présence de l’anneau circlip 7 combiné à celle de la cale annulaire 6, en lieu et place de la liaison boulonnée dans les ensembles formant support de distributeur de l’art antérieur, permet un gain de masse d’environ 40%, tout en assurant les mêmes fonctions.
Comme illustré sur les figures 2 à 4, la cale 6 peut présenter une forme générale en U. Dans ce cas, chacune des branches du U peuvent respectivement venir en appui contre la deuxième bride support 502 et contre la butée 51. En outre, dans un mode de réalisation de l’ensemble formant support de distributeur 40 comportant un anneau circlip 7, le creux du U de la cale 6 peut venir en appui contre ledit anneau afin de prévenir les mouvements axiaux de la cale 6 relativement à la deuxième bride support 502.
La forme générale en « U » permet d’accommoder les mouvements radiaux des différents éléments de l’ensemble formant support de distributeur 40, de sorte à le stabiliser, tout en étant compact et léger.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Ensemble pour turbomachine comprenant : - un distributeur de turbine (40), - un carter annulaire support de distributeur (5), comprenant une première bride annulaire support (501) reliée à un injecteur axial (55), et une deuxième bride annulaire support (502), lesdites brides (501, 502) s’étendant axialement depuis le carter (5), - une butée (51) reliée au carter (5), et configurée pour bloquer le carter (5) en position par rapport au distributeur (40), et - des moyens de maintien (6) de la butée (51), caractérisé en ce que les moyens de maintien (6) de la butée (51) comprennent une cale annulaire (6) s’étendant radialement entre la deuxième bride support (502) et la butée (51).
- 2. Ensemble selon la revendication 1, comprenant un anneau (7) de type circlips, disposé entre la cale (6) et un rebord de maintien annulaire de carter (504), et configuré pour prévenir les mouvements axiaux de la cale (6) relativement à la deuxième bride support (502).
- 3. Ensemble selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le carter support (5) et le distributeur (40) sont reliés par des moyens comprenant au moins un pion de fixation (52).
- 4. Ensemble selon la revendication 3, dans lequel le carter (5) comprend une bride annulaire d’accrochage de carter (503) et le distributeur (40) comprend une bride annulaire d’accrochage de distributeur (403), lesdites brides d’accrochage (403, 503) s'étendant radialement respectivement depuis le carter (5) et le distributeur (40), le pion de fixation (52) s’étendant axialement à travers la bride d’accrochage de carter (503) et de distributeur (403).
- 5. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la cale (6) présente une forme générale de U, dont les branches sont en contact avec la deuxième bride support (502) et la butée (51).
- 6. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant un joint d’étanchéité annulaire (53) disposé entre la bride d’accrochage de distributeur (403), et la bride d’accrochage de carter (503).
- 7. Ensemble selon la revendication 6, dans lequel le joint d’étanchéité (53) est élastique, par exemple est un ressort à soufflet.
- 8. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la butée (51) comprend un pion (51) s’étendant radialement au travers d’une bride annulaire axiale de carter (505).
- 9. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le carter comprend une bride annulaire transverse (506), et la première (501) et la deuxième (502) bride support s’étendent axialement depuis ladite bride transverse (506).
- 10. Turbomachine comprenant un ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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