CA2359049C - Dispositif de fixation pour une virole de turbine - Google Patents

Abstract

The invention concerns a ring (103) assembled to the strut (102) of the turbine by an assembly of hooks (32, 35) nested on one side, and a rim locking stops (38, 39) and a mortise-and-tenon joint (41, 42) on the other side. The invention is characterised in that the mortise-and-tenon (41, 42) are separated from the rim locking stops (38, 39) to limit the clearances in axial direction produced by construction or thermal expansions, to improve the mechanical resistance and simplify manufacture. L'anneau (103) est joint à l'entretoise (102) de la turbine par un assemblag e comprenant des crochets (32, 35) imbriqués d'un côté, et une butée de rebords (38, 39) ainsi qu'un assemblage à tenon e t mortaise (41, 42) de l'autre côté. Conformément à l'invention, le tenon et la mortaise (41, 42) sont séparés des rebords en butée (38, 39) pour limiter les jeux en direction axiale produits par construction ou par des dilatations thermiques, pour améliorer la résistance mécanique et pour simplifier la fabrication.

Description

DISPOSITIF DE FIXATION POUR UNE VIROLE DE TURBINE

DESCRIPTION
Cette invention ressortit à un assemblage particulier entre un anneau de turbine, ayant pour fonction de border la turbine en délimitant la veine d'écoulement des gaz, et une pièce appelée entretoise qui appartient à la structure de la turbine.
Un assemblage moderne est décrit dans le brevet américain 5,197,853 et illustré à la figure 4. Un corps de turbine 1 porte une entretoise 2 qui porte elle-même un anneau 3. Les pièces d'assemblage de l'anneau 3 à

l'entretoise 2 comprennent, du côté amont, un crochet d'entretoise 4 et un crochet d'anneau 5 qui sont imbriqués l'un dans l'autre : le montage de l'anneau 3 est produit en enfonçant l'extrémité du crochet d'anneau 5 dans le creux du crochet d'entretoise 4, puis en faisant pivoter l'anneau 3 pour approcher son extrémité opposée, située en aval, de celle de l'entretoise 2 ; les autres pièces 6 d'assemblage sont situées sur ces extrémités aval.
Il s'agit d'un rebord d'entretoise 7 dirigé
d'abord radialement vers l'intérieur, puis vers l'aval, et d'un rebord d'anneau 8 dirigé radialement vers l'extérieur puis axialement vers l'aval ; le rebord d'anneau 8 est façonné en une gorge circulaire formant une mortaise 9 s'ouvrant radialement vers l'extérieur dans laquelle se loge une partie du rebord d'entretoise 7, qui joue ainsi le rôle de tenon, formée en nervure

2 s'étendant radialement vers l'intérieur. Le bout du tenon présente deux collerettes 10 et 11 parallèles et qui viennent buter contre le fond de la mortaise 9. Des agrafes 12 sont ensuite fixées par-dessus les extrémités parallèles des rebords 7 et 8, de manière que ses branches 13 et 14 les enserrent et les empêchent de se disjoindre.
La disjonction entre l'entretoise 2 et l'anneau 3 est également interdite par l'imbrication des crochets 4 et 5 de l'autre côté ; l'anneau 3 peut jouer légèrement en direction axiale sur l'entretoise 2, à l'intérieur d'une course dont la longueur est définie par le jeu total entre les flancs des collerettes 10 et 11 et les flancs de la mortaise 9, aux endroits notés par les références 15 et 16. Ces mouvements de glissement sont engendrés par les dilatations thermiques et par les forces aérodynamiques vers l'aval que produisent les gaz de la veine centrale de la turbine.
Ainsi, l'étanchéité entre une chambre 17 entourée par l'entretoise 2 et l'extérieur est établie en aval par le contact des surfaces cylindriques formées au bout des collerettes 10 et 11 et au fond de la mortaise 9, et un jeu axial de mouvement de l'anneau 3 dans l'entretoise 2 subsiste autour du rebord d'entretoise 7, entre les flancs de la mortaise 9. Le jeu axial crée une fuite d'air à
l'aval du système, mais on doit pourtant le laisser subsister de façon à préserver le montage de l'anneau par un mouvement de basculement.
Le brevet américain 5 669 757 est relatif à un perfectionnement de cet agencement, où la mortaise est située sur le rebord d'entretoise et son flanc aval est

3 porté par une cornière annulaire amovible, et le tenon est situé sur le rebord d'anneau : le montage de l'anneau peut alors se faire d'un mouvement purement axial, et la distance entre l'extrémité amont de l'anneau et un anneau adjacent peut être réduite puisque aucun mouvement de basculement ne peut produire d'achoppement à cet endroit. La cornière est ensuite insérée d'un mouvement radial dans une gorge du support d'entretoise de manière à fermer la mortaise, et les agrafes de fermeture sont enfin introduites sous les rebords et la cornière afin de maintenir celle-ci en place.
Ce perfectionnement n'a aucun effet de renforcement de l'étanchéité en aval puisqu'un jeu axial du tenon dans la mortaise subsiste, soit par construction soit à la suite de déformations subies par la cornière assez souple et facile à basculer quand la cornière la pousse vers l'aval. Les agrafes ont alors pour fonction supplémentaire de s'opposer aux mouvements de la cornière, ce qu'elles ne peuvent faire complètement mais oblige à leur donner une extension circulaire d'un tour complet. La présence même de la cornière qui est une pièce supplémentaire réduit la résistance mécanique de l'assemblage et complique sa fabrication.
L'invention est relative à un assemblage perfectionné entre un anneau de turbine et son entretoise, dans lequel on reprend sensiblement les principes de cet assemblage antérieur (fixation en direction radiale par des crochets imbriqués d'un côté, et par des faces de butée de rebords concentriques d'un

4 autre côté ; et limitation du mouvement axial par un système à tenon et mortaise de cet autre côté), mais qui soit supérieur en ce qui concerne la cohésion de l'ajustement, la protection de l'entretoise contre les échauffements excessifs et la résistance mécanique.
Il comprend divers perfectionnements, dont le plus notable est peut-être que le tenon et la mortaise sont situés en amont des rebords en butée, ce qui signifie que l'étanchéité et le retenue axiale sont assurées par des portions différentes et séparées de l'entretoise et de l'anneau.
On obtient donc l'avantage que le tenon et la mortaise donnent sur la chambre intérieure (17 dans la figure 4), qui est généralement ventilée par du gaz frais, et sont ainsi moins exposés aux échauffements et aux dilatations : les glissements imposés sur les surfaces d'étanchéité des rebords sont alors réduits.
Ils peuvent même être presque supprimés si le tenon et la mortaise sont assemblés avec un jeu axial nul, ce qu'il est possible d'obtenir si la mortaise est limitée d'un côté par une languette flexible qu'on déforme en y introduisant le tenon. Le tenon et la mortaise offrent alors une étanchéité additionnelle aux fuites de gaz entre la chambre intérieure et la veine de circulation, d'autant meilleure qu'elle s'effectue par contact de surfaces planes. Il devient alors possible de réduire la largeur de contact entre les rebords d'entretoise et d'anneau, ce qui apporte l'avantage que les transmissions de chaleur de l'anneau 3 à l'entretoise 2 sont alors moindres.

Un autre perfectionnement devient alors possible les agrafes qui maintiennent le serrage des rebords peuvent voir leur âme logée dans des entailles de ces rebords, ce qui n'affecte point l'étanchéité de

5 l'assemblage puisque les rebords sont séparés à
l'endroit des entailles ; mais en poussant les âmes des agrafes vers les entailles, on évite qu'elles saillent à l'extérieur des rebords et on réduit ainsi l'encombrement de l'ensemble ; de plus, les agrafes servent désormais à limiter le mouvement de glissement angulaire des anneaux sur les entretoises, en butant contre les faces latérales des entailles. On peut donc supprimer les pions de la réalisation antérieure et leurs perçages qui étaient le siège de concentrations de contraintes importantes. Les entailles sont aussi responsables de concentrations de contraintes, mais qui sont moins importantes à cause de leurs dimensions et de leur forme plus régulière.
La présence du tenon sur l'anneau est également avantageuse, puisque l'anneau est généralement en un matériau monocristallin qu'il est assez difficile d'usiner ; on constate qu'il est moins difficile d'y créer un tenon qu'une mortaise. L'entretoise est généralement construite en un matériau plus facile à

usiner, ce qui permet d'y créer facilement la mortaise, par exemple en y façonnant une languette, qui contribue à entourer la mortaise en liaison avec une partie attenante de l'entretoise.
Il n'est pas jusqu'au côté opposé, porteur des crochets, qui ne puisse être perfectionné selon l'invention : le crochet de l'anneau peut couvrir le

6 PCT/FROO/03126 crochet d'entretoise, contrairement à la conception antérieure, ce qui présente encore ici l'avantage de protéger localement l'entretoise des échauffements produits par la veine.

L'invention va maintenant être décrite en détail à
l'aide des figures suivantes qui en représentent une réalisation préférée :

- la figure 1 est une vue générale de l'invention, - la figure 2 est un détail de la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective des pièces de la figure 2, - et la figure 4, déjà décrite, illustre l'art antérieur.

La figure 1 est abordée maintenant.
L'entretoise et l'anneau, dont la forme générale de chacun reste semblable à celle de la réalisation connue, portent ici les références respectives 102 et 103. Ils sont classiquement formés de segments aboutés le long d'une circonférence, et les segments de l'anneau 103 portent des joints en lamelle 30 jetés entre les segments pour limiter les circulations de gaz dans les directions radiale et axiale. Une chambre 31 intérieure de ventilation analogue à la chambre 17 est délimitée par l'entretoise 102 et l'anneau 103. Du côté
amont, l'entretoise 102 porte un crochet 32 dont la tige 33, s'allongeant radialement vers l'intérieur, donne sur la chambre 31 et dont le bout 34 s'étend vers l'amont ; le crochet 35 de l'anneau 103 s'étend à
l'extérieur du précédent et le couvre, avec une tige 36 venant devant son bout 34 et un bout 37 venant devant

7 la tige 33 ; les crochets sont ainsi inversés par rapport à la conception antérieure, mais leur assemblage par imbrication reste identique.
On se reporte maintenant au côté aval de l'assemblage et principalement aux figures 2 et 3;
l'entretoise 102 et l'anneau 103 sont pourvus de rebords 38 et 39 qui s'étendent parallèlement vers l'aval comme les rebords 7 et 8 de la conception antérieure, mais ici le rebord 38 de l'entretoise 102 ne comprend qu'une collerette 40 qui établit la butée et l'étanchéité avec une collerette concentrique du rebord 39 ; les rebords 38 et 39 sont séparés sur la plus grande partie de leur longueur d'un jeu 57.
Le serrage de l'anneau 103 sur l'entretoise 102 en direction axiale est dû à un tenon 41 établi sur l'anneau 103 et situé en amont du rebord 38 de l'entretoise 102, du côté de la chambre 31 de ventilation ; ce tenon est retenu dans une mortaise 42 délimitée par le rebord 38 et surtout par une languette 43 recourbée, construite sur la face arrière de ce rebord 38. Le bout 44 de la languette 43 est flexible, ce qui permet de le plier quand le montage est réalisé, pour supprimer le jeu en direction axiale du tenon 41 entre le rebord 38 et la languette 43 ; la faible rigidité du bout 44 permet de n'y introduire que des contraintes modérées, qui ne risquent pas de devenir excessives pendant le fonctionnement, quand des dilatations et des vibrations difficiles à évaluer ont affecté l'assemblage.
On retrouve des agrafes 45 dont les branches 46 et 47 servent à enserrer les rebords 38 et 39 entre elles

8 pour maintenir la butée de la collerette 40 cependant, les rebords 38 et 39 sont munis d'entailles 48 et 49 en regard et suffisamment larges pour qu'on puisse y glisser l'âme 50 centrale de l'agrafe 45 en la poussant vers l'amont. L'âme 50 limite ainsi les mouvements angulaires de l'anneau 103 sur l'entretoise 102 grâce à des butées entre l'âme 50 et des faces latérales 51, 52, 53 et 54 des entailles 48 et 49.
Aucun autre moyen n'est plus nécessaire pour arrêter ces mouvements : les pions utilisés auparavant et glissés dans des perçages des rebords deviennent inutiles et sont omis.

Un joint d'étanchéité 55 peut être inséré dans une gorge 56 creusée dans un des rebords 39, à l'endroit des faces de butée, pour y parfaire l'étanchéité.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Assemblage entre un anneau de turbine (103) bordant une entretoise (102) de structure de turbine (101) comprenant, à un côté amont, un crochet d'anneau (35) et un crochet d'entretoise (32) qui sont imbriqués et, à un côté aval, un système de jonction comprenant un rebord d'entretoise (38) et un rebord d'anneau (39) en butée et enserrés par des agrafes (45), et un tenon et une mortaise de rétention axiale façonnés sur l'anneau et l'entretoise, le tenon étant engagé dans la mortaise, caractérisé en ce que le tenon et la mortaise sont situés en amont des rebords en butée.

2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mortaise est délimitée par une languette (43) flexible de l'entretoise, le tenon étant engagé dans la mortaise avec un jeu nul.

3. Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rebord d'entretoise (38) et le rebord de butée (39) sont en butée sur une partie de leur longueur et séparés d'un jeu sur une autre partie de leur longueur.

4. Assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les rebords (38, 39) sont munis d'entailles (48, 49) en regard recevant une âme (50) des agrafes (45).

5. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tenon et la mortaise donnent dans une chambre intérieure délimitée par l'entretoise et par l'anneau.

6. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le crochet de l'anneau (39) couvre le crochet de l'entretoise (32).