CA3089160C - Carter inter-turbines comprenant des aubes separatrices rapportees - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un carter inter-turbines (1) comprenant une virole interne (10), une virole externe (20) et un ensemble de bras (2) s'étendant radialement entre la virole interne (10) et la virole externe (20), un ensemble d'aubes séparatrices (30) positionnées entre les bras (2), chaque aube séparatrice (30) comprenant une plateforme interne (33) et une plateforme externe (36), la virole interne (10) comprenant au moins une gorge interne (11) configurée pour recevoir à coulissement une ou plusieurs plateformes internes (33), la virole externe (20) comprenant au moins une gorge externe (21) configurée pour recevoir à coulissement une ou plusieurs plateformes externes (36), et des moyens de blocage (4, 5) des aubes séparatrices (30) dans les gorges interne (11) et externe (21). Les aubes séparatrices sont agencées à travers de plusieurs tenons (39) lesquels s'étendent dans des nervures (12, 22) correspondantes.

Description

Carter inter-turbines comprenant des aubes separatrices rapportees DOMAINE DE L’INVENTION L’invention concerne de maniere generale une turbomachine, notamment a double flux, et plus particulierement un carter inter-turbine du type turbine vane frame (pour structure de pales de turbines) remplissant la fonction de distributeur de turbine dans une telle turbomachine. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Une turbomachine a double flux comprend generalement, d’amont en aval dans Ie sens de I’ecoulement des gaz, une soufflante, une veine annulaire d’ecoulement primaire et une veine annulaire d’ecoulement secondaire. La masse d’air aspiree par la soufflante est ainsi divisee en un flux primaire, qui circule dans la veine d’ecoulement primaire, et en un flux secondaire, qui est concentrique avec Ie flux primaire et circule dans la veine d’ecoulement secondaire. La veine d’ecoulement primaire traverse un corps primaire comprenant un ou plusieurs etages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs etages de turbines, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyere d’echappement des gaz. De faqon connue en soi, la turbomachine comprend par ailleurs un carter inter-turbines dont Ie moyeu est agence entre Ie carter de turbine haute pression et Ie carter de turbine basse pression. Le moyeu inter-turbine comprend un carenage (ou fairing en anglais) comportant une virole interne et une virole externe, qui delimitent ensemble la veine d’ecoulement entre la turbine haute-pression et la turbine basse pression, ainsi que des bras qui s’etendent radialement entre la virole interne et la virole externe. Le carenage peut presenter une configuration mono profil et ne comporter que des bras. En variante, le carenage peut presenter une5 10 15 20 25 30 CA 03089160 2020-07-21 WO 2019/145648 PCT/FR2019/050164 2 configuration multi profils et comporter, en plus des bras, des aubes separatrices (ou splitters en anglais). Dans ce cas, une ou plusieurs aubes separatrices sont intercalees entre les bras et presentent une petite corde en comparaison avec les bras, qui sont plus epais et presentent une longue corde. On comprendra par corde ici Ie segment reliant Ie bord d’attaque et Ie bord de fuite du bras ou de I’aube separatrice au niveau de sa jonction avec la virole externe. La configuration mono profil est plus conventionnelle et plus facile a fabriquer. Toutefois, I’integration des bras peut etre difficile dans la mesure ou Ie besoin de deviation du flux gazeux par les bras peut conduire a des profils aerodynamiques fortement courbes. Dans la configuration multi profils, la deviation du flux gazeux est realisee via la partie aval des bras et les aubes separatrices, ce qui permet de conserver un profil quasi symetrique dans la partie amont des bras. De plus, la configuration multi profils presente un potentiel d’optimisation aerodynamique important puisqu’elle comporte un grand nombre de parametres pouvant etre ajustes en fonction des besoins. En revanche, un carenage ayant une configuration multi profils est plus difficile a realiser. Generalement, il est obtenu soit de fonderie, soit en rapportant les aubes separatrices. Les documents EP 2 860 354, EP 2 835 503 et GB 1 058 759 decrivent un carter inter-turbines pour une turbomachine comprenant une virole interne, une virole externe, un ensemble de bras et un ensemble d’aubes separatrice rapportees sur la virole interne et la virole externe en aval des bras. RESUME DE L’INVENTIQN Un objectif de I’invention est de proposer un carter inter-turbine pour une turbomachine du type multi profils qui soit facile a realiser pour un cout modere et dont la maintenance est facilitee en comparaison avec les carters inter-turbines conventionnels.5 10 15 20 25 30 CA 03089160 2020-07-21 WO 2019/145648 PCT/FR2019/050164 3 Pour cela, I’invention propose un carter inter-turbines pour une turbomachine comprenant : - une virole interne, une virole externe et un ensemble de bras s’etendant radialement entre la virole interne et la virole externe, la virole interne et la virole externe s’etendant coaxialement autour d’un axe longitudinal, - unensembled’aubesseparatricespositionneescirconferentiellement entre les bras, les aubes separatrices comprenant chacune un pied dote d’une plateforme interne fixee a la virole interne et une tete dotee d’une plateforme externe fixee a la virole externe. La virole interne comprend au moins une gorge interne configuree pour recevoir a coulissement une ou plusieurs plateformes internes. La virole externe comprend au moins une gorge externe configuree pour recevoir a coulissement une ou plusieurs plateformes externes. Par ailleurs, Ie carter inter-turbine comprend en outre des moyens de blocage des aubes separatrices dans les gorges interne et externe. Certaines caracteristiques preferees mais non limitatives du carter inter-turbines decrit ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - aumoinsunenervureestformeedanschaquegorgeinterneetchaque gorge externe, chaque plateforme interne et chaque plateforme externe comprenant un tenon faisant saillie desdites plateformes configure pour penetrer dans la nervure de la gorge interne ou de la gorge externe correspondante afin de bloquer radialement les aubes separatrices dans lesdites gorges interne et externe. - chaqueplateformeinterneetchaqueplateformeexternepresenteune face amont et une face aval et comprend deux tenons, un premier des tenons s’etendant depuis la une face amont tandis que Ie deuxieme des tenons s’etend depuis la face aval, et dans lequel chaque gorge interne et chaque gorge externe presente une bordure amont et une bordure aval, une nervure5 10 15 20 25 30 CA 03089160 2020-07-21 WO 2019/145648 PCT/FR2019/050164 4 etant formee dans chaque bordure amont et dans chaque bordure aval et etant configuree pour recevoir un tenon associe. - lesmoyensdeblocagecomprennent:unensembled’orificesformes dans la virole interne et les plateformes internes et un ensemble de pions anti-rotation, chaque pion anti-rotation etant insere d’une part dans un orifice de la virole interne et dans un orifice d’une plateforme interne, et un ensemble d’orifices formes dans la virole externe et les plateformes externes et un ensemble de pions anti-rotation, chaque pion anti-rotation etant insere d’une part dans un orifice de la virole externe et dans un orifice d’une plateforme externe. - lesbrassontformesintegralementetenuneseulepieceaveclavirole interne et la virole externe. - dans la direction de I’axe longitudinale les bras s’etendent sur une longueur plus grande que les aubes separatrices. - chaque braset chaqueaubeseparatrice presenteune corde,la corde des bras etant plus grande que la corde des aubes separatrices. - Ie carter inter-turbinesest sectorisede sorte que la virole interneet la virole externe comprennent chacun une pluralite de secteurs d’anneau. - chaque secteur d’anneau dela virole interne et de la virole externe comporte des bords axiaux, chaque bord axial etant configure pour etre fixe en regard d’un bord axial associe d’un autre secteur d’anneau de la virole interne ou de la virole externe, et dans lequel les gorges internes et les gorges externes de chaque secteur d’anneau de la virole interne et de la virole externe debouchent sur un bord axial dudit secteur d’anneau. Et/ou - Iecarterinter-turbinecomprendununiquebrasformeintegralementet en une seule piece avec I’un des secteurs d’anneau de virole interne et I’un des secteurs d’anneau de virole externe et au moins deux aubes separatrices, de preference trois aubes separatrices. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS5 10 15 20 25 30 CA 03089160 2020-07-21 WO 2019/145648 PCT/FR2019/050164 5 D’autres caracteristiques, buts et avantages de la presente invention apparaTtront mieux a la lecture de la description detaillee qui va suivre, et au regard des dessins annexes donnes a titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1 est une vue en perspective depuis I’aval d’un exemple de secteurde carter inter-turbine conforme a I’invention comprenant un bras et trois aubes separatrices. La figure 2 est une vue en perspective depuis I’aval illustrant Ie montage de deux des aubes separatrices du secteur du carter inter-turbine de la figure 1. La figure 3a est une vue du dessous du secteur de carter inter-turbine de la figure 1 sans les aubes separatrices. La figure 3b est une vue du dessus du secteur de carter inter-turbine de la figure 1 sans les aubes separatrices. La figure 4 est une vue en perspective d’un exemple de realisation d’aube separatrice pouvant etre utilisee dans un carter inter-turbine conforme a I’invention. La figure 5 est une vue en coupe d’un exemple de realisation d’un carter inter-turbine au niveau d’une aube separatrice. DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION Un carter inter-turbines 1 conforme a I’invention comprend : - uneviroleinterne10,uneviroleexterne20etunensembledebras2 s’etendant radialement entre la virole interne 10 et la virole externe 20. La virole interne 10 et la virole externe 20 s’etendent coaxialement autour d’un axe longitudinal X. - unensembled’aubesseparatrices30comprenantunpied31fixeala virole interne 10 et une tete 32 fixee a la virole externe 20. Les aubes separatrices 30 sont positionnees circonferentiellement entre les bras 2. En particulier, une ou plusieurs aubes separatrices 30 peuvent s’etendre entre deux bras 2 adjacents. On notera que, de maniere conventionnelle, la corde de chaque aube separatrice 30 est plus courte que5 10 15 20 25 30 CA 03089160 2020-07-21 WO 2019/145648 PCT/FR2019/050164 6 la corde de chaque bras 2. Chaque aube separatrice 30 comprend par ailleurs une plateforme interne 33 fixee sur son pied 31 et une plateforme externe 36 fixee sur sa tete 32. La virole interne 10 comprend au moins une gorge interne 11 configuree pour recevoir a coulissement une ou plusieurs plateformes internes 33 et la virole externe 20 comprend au moins une gorge externe 21 configuree pour recevoir a coulissement une ou plusieurs plateformes externes 36. Enfin, Ie carter inter-turbine 1 comprend des moyens de blocage 4, 5 des aubes separatrices 30 dans les gorges. Dans cette description, on designera une partie d’« interne » par opposition a « externe » lorsque cette partie est proche de I’axe longitudinal X (par opposition a eloignee de I’axe longitudinal X). On designera par « radial » un axe ou une direction s’etendant dans un plan normal a I’axe longitudinal X et coupant cet axe longitudinal X. On designera par « axial », un axe ou une direction qui est parallele a I’axe longitudinal X. Enfin, I’amont et I’aval sont definis par rapport au sens de I’ecoulement des gaz dans Ie carter inter-turbines. Les aubes separatrices 30 sont done rapportees et fixees sur Ie reste du carter inter-turbine 1 par I’intermediaire de leur plateforme interne 33 et de leur plateforme externe 36, ce qui permet de simplifier la fabrication du carter inter-turbine 1 ainsi que les operations de maintenance. En effet, il suffit de faire coulisser les aubes separatrices 30 dans les gorges interne et externe 11, 21 associees des viroles interne et externe 10, 20 afin de mettre en position lesdites aubes separatrices 30, puis de les fixer dans cette position au reste du carter inter-turbine 1 a I’aide des moyens de blocage 4, 5. Une fois les aubes separatrices 30 en place dans les gorges interne(s) et externe(s) 11, 21, la face radialement externe 33a des plateforme internes 33 et la face radialement interne 36a des plateformes externes 36 s’etendent dans Ie prolongement de la virole interne 10 et de la virole externe 20 de5 10 15 20 25 30 CA 03089160 2020-07-21 WO 2019/145648 PCT/FR2019/050164 7 maniere a reconstituer la veine d’ecoulement. Les plateformes internes et externes 33, 36 remplissent en outre completement les gorges interne(s) et externe(s) de maniere a ne pas laisser de cavite susceptible de creer des pertes de charge. Afin de faciliter la realisation du carter inter-turbine 1, celui-ci peut etre sectorise, c’est-a-dire que la virole interne 10 et la virole externe 20 peuvent chacune etre formees de plusieurs secteurs d’anneau, chaque secteur d’anneau portant un ou plusieurs bras 2. Les secteurs d’anneau comprennent alors chacun deux bords axiaux 3 et sont fixes ensemble deux a deux au niveau de leurs bords axiaux 3 afin de former la virole interne 10 et la virole externe 20. Les gorges internes et externes 11,21 debouchent chacune au niveau d’un des bords axiaux 3 des secteurs d’anneau formant les viroles interne et externe 10, 20 afin de permettre (’insertion des plateformes interne et externe 33, 36 dans les gorges internes et externes 11,21 associees. De preference, chaque secteur d’anneau ne comporte qu’un seul bras 2. Chaque secteur d’anneau peut en revanche comprendre deux gorges internes 11 (respectivement, deux gorges externes 21) s’etendant de part et d’autre du bras 2 associe (voir par exemple figure 3b). Chaque gorge debouche alors dans Ie bord axial 3 associe. On notera qu’une meme gorge peut en revanche recevoir plusieurs aubes separatrices 30. On a par exemple illustre sur les figures 1 et 2 un exemple de secteur de carter inter-turbine comprenant un bras entoure d’un cote par une aube separatrice 30 et de I’autre cote par deux aubes separatrices 30. Au moins une nervure 12, 22 est formee dans chaque gorge interne 11 et chaque gorge externe 21 tandis que chaque plateforme interne 33 et chaque plateforme externe 36 comprend un tenon 39 associe. Plus precisement, chaque gorge interne 11 (respectivement, chaque gorge externe 21) est delimitee par une paroi interne 13 (respectivement une paroi externe 23) et une bordure peripherique comportant une bordure amont5 10 15 20 25 30 CA 03089160 2020-07-21 WO 2019/145648 PCT/FR2019/050164 8 14, 24 et une bordure aval 15, 25. Une nervure 12, 22 est formee a la fols dans la bordure amont 14, 24 et dans la bordure aval 15, 25 de la gorge interne 11 (respectivement, de la gorge externe 21) en debouchant au niveau d’un des bords axiaux 3 de la gorge interne 11 (respectivement, de la gorge externe 21). Par ailleurs, la plateforme interne 33 (respectivement, la plateforme externe 36) des aubes separatrices 30 presente une face amont 34, 37 configuree pour venir en regard de la bordure amont 14 de la gorge interne 11 (respectivement, de la gorge externe 21) et une face aval 35, 38 configuree pour venir en regard de sa bordure aval 15. Elle comporte en outre un tenon 39 faisant saillie de la face amont 34 de la plateforme interne (respectivement, la face amont 37 de la plateforme externe 36) et configure pour coulisser dans la nervure 12, 22 de la bordure amont 14, 24, ainsi qu’un tenon 39 faisant saillie de la face aval 35 de la plateforme interne 33 (respectivement, la face aval 38 de la plateforme externe 36) et configure pour coulisser dans la nervure 12, 22 de la bordure aval 15, 25. Les tenons 39 et les nervures 12, 22 associees permettent ainsi de guider les aubes separatrices 30 dans les gorges internes et externes 11, 21 et d’empecher leur debattement radial. Afin de permettre Ie coulissement des aubes separatrices 30 par rapport a la virole interne 10 et a la virole externe 20, la section radiale des gorges interne et externe 11,21 est constante entre les bords axiaux 3 des secteurs d’anneau formant lesdites viroles 10, 20. Les moyens de blocage 4, 5 sont configures pour bloquer les aubes separatrices 30 en position une fois que celle-ci sont en place dans les gorges interne et externe 11,21. Pour cela, les moyens de blocage peuvent comprendre : - un ensemble d’orifices 4 formes dans la virole interne 10 et les plateformes internes 33 et un ensemble de pions anti-rotation 5, chaque pion5 10 15 20 25 CA 03089160 2020-07-21 WO 2019/145648 PCT/FR2019/050164 9 anti-rotation etant insere d’une part dans un orifice 4 de la virole interne 10 et dans un orifice 4 d’une plateforme interne 33, et - un ensemble d’orifices formes dans la virole externe 20 et les plateformes externes 36 et un ensemble de pions anti-rotation, chaque pion anti-rotation 5 etant insere d’une part dans un orifice 4 de la virole externe 20 et dans un orifice 4 d’une plateforme externe 36. Dans I’exemple de realisation illustre sur les figures, un orifice 4 est forme dans la virole interne 10 et dans la virole externe 20 pour chaque aube separatrice 30. Le carter inter-turbine 1 comprend done autant de pions anti¬ rotation 5 que d’aubes separatrices 30. Dans une forme de realisation, les orifices 5 sont circulaires et presentent un axe de symetrie qui est normal a la virole interne 10 (respectivement, a la virole externe 20). Les bras 2 quant a eux sont formes d’un seul tenant avec la virole interne 10 et la virole externe 20 (ou du moins avec le secteur d’anneau de la virole interne 10 et de la virole externe 20 auxquels ils sont fixes). Pour cela, les bras 2 peuvent etre venus de fonderie avec la virole interne 10 et la virole externe 20. En variante, les bras 2 peuvent etre rapportes et fixes sur la virole interne 10 et la virole externe 20. Le cas echeant, la face radialement interne de la plateforme interne 33 et la face radialement externe de la plateforme externe 36 peuvent etre localement evidees afin de reduire la masse globale du carter inter-turbine 1, excepte dans la zone dans laquelle est forme I’orifice (voir figure 4).

Claims

10 REVENDICATIONS 1. Carter inter-turbines (1) pour une turbomachine comprenant : 5 − une virole interne (10), une virole externe (20) et un ensemble de bras (2) s’étendant radialement entre la virole interne (10) et la virole externe (20), la virole interne (10) et la virole externe (20) s’étendant coaxialement autour d’un axe longitudinal (X), − un ensemble d’aubes séparatrices (30) positionnées 10 circonférentiellement entre les bras (2), les aubes séparatrices (30) comprenant chacune un pied (31) doté d’une plateforme interne (33) fixée à la virole interne (10) et une tête (32) dotée d’une plateforme externe (36) fixée à la virole externe (20) la virole interne (10) comprenant au moins une gorge interne (11) configurée 15 pour recevoir à coulissement une ou plusieurs plateformes internes (33), la virole externe (20) comprenant au moins une gorge externe (21) configurée pour recevoir à coulissement une ou plusieurs plateformes externes (36), le carter inter-turbine comprenant en outre des moyens de blocage (4, 5) des aubes séparatrices (30) dans les gorges interne (11) et externe (21), 20 le carter inter-turbine étant caractérisé en ce que : − chaque plateforme interne (33) et chaque plateforme externe (36) présente une face amont (34, 37) et une face aval (35, 38) et comprend deux tenons (39), un premier des tenons (39) s’étendant depuis la face amont (34, 37) tandis que le deuxième des tenons (39) s’étend depuis la face aval (35, 25 38), − chaque gorge interne (11) et chaque gorge externe (21) présente une bordure amont (14, 24) et une bordure aval (15, 25), une nervure (12, 22) étant formée dans chaque bordure amont (14, 24) et dans chaque bordure aval (15, 25) et étant configurée pour recevoir un tenon (39) associé afin de 30 bloquer radialement les aubes séparatrices (30) dans lesdites gorges interne et externe (11, 21). CA 3089160 Date reçue / Received date 2025-05-0211 2. Carter inter-turbines (1) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de blocage (4, 5) comprennent : − un ensemble d’orifices (4) formés dans la virole interne (10) et les plateformes internes (33) et un ensemble de pions anti-rotation (5), chaque 5 pion anti-rotation (5) étant inséré d’une part dans un orifice (4) de la virole interne (10) et dans un orifice (4) d’une plateforme interne (33), et − un ensemble d’orifices (4) formés dans la virole externe (20) et les plateformes externes (36) et un ensemble de pions anti-rotation (5), chaque pion anti-rotation (5) étant inséré d’une part dans un orifice (4) de la virole 10 externe (20) et dans un orifice (4) d’une plateforme externe (36). 3. Carter inter-turbines (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel les bras (2) sont formés intégralement et en une seule pièce avec la virole interne (10) et la virole externe (20). 15 4. Carter inter-turbines (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel dans la direction de l’axe longitudinale (X) les bras (2) s’étendent sur une longueur plus grande que les aubes séparatrices (30). 20 5. Carter inter-turbines (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel, chaque bras (2) et chaque aube séparatrice (30) présente une corde, la corde des bras étant plus grande que la corde des aubes séparatrices (30). 6. Carter inter-turbines (1) selon l’une des revendications 1 à 5, ledit 25 carter inter-turbines (1) étant sectorisé de sorte que la virole interne (10) et la virole externe (20) comprennent chacun une pluralité de secteurs d’anneau. 7. Carter inter-turbines (1) selon la revendication 6, dans lequel chaque secteur d’anneau de la virole interne (10) et de la virole externe (20) comporte 30 des bords axiaux (3), chaque bord axial étant configuré pour être fixé en regard d’un bord axial (3) associé d’un autre secteur d’anneau de la virole interne (10) ou de la virole externe (20), et dans lequel les gorges internes CA 3089160 Date reçue / Received date 2025-05-0212 (11) et les gorges externes (21) de chaque secteur d’anneau de la virole interne (10) et de la virole externe (20) débouchent sur un bord axial (3) dudit secteur d’anneau. 5 8. Carter inter-turbines (1) selon l’une des revendications 6 ou 7, comprenant un unique bras (2) formé intégralement et en une seule pièce avec l’un des secteurs d’anneau de virole interne (10) et l’un des secteurs d’anneau de virole externe (20) et au moins deux aubes séparatrices (30). 10 9. Carter inter-turbines (1) selon la revendication 8, comprenant trois aubes séparatrices (30).