EP0735242A1 - Agencement de raccordement de deux secteurs angulaires de turbomachine et joint conçu pour servir dans cet agencement - Google Patents

Agencement de raccordement de deux secteurs angulaires de turbomachine et joint conçu pour servir dans cet agencement Download PDF

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EP0735242A1
EP0735242A1 EP96400661A EP96400661A EP0735242A1 EP 0735242 A1 EP0735242 A1 EP 0735242A1 EP 96400661 A EP96400661 A EP 96400661A EP 96400661 A EP96400661 A EP 96400661A EP 0735242 A1 EP0735242 A1 EP 0735242A1
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platforms
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trenches
core
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Josette Benoist
Paul Martyez
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
SNECMA SAS
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for connecting two adjoining turbomachine platforms, as well as to a seal designed to be used in this arrangement.
  • Turbomachinery constructions are often encountered where certain elements such as the stator distributors are composed of an assembly of parts themselves composed of a platform in the sector of a cylinder or cone furnished with blades.
  • the platforms are joined together to form a surface as continuous as possible, and they are sometimes provided on their surface opposite to that from which the blades rise with a layer of easy erosion material, often called “ abradable "in this technique and whose role is to ensure sealing under the platforms by wearing out locally against rigid facing pieces called wipers and which belong to the rotor.
  • abradable in this technique and whose role is to ensure sealing under the platforms by wearing out locally against rigid facing pieces called wipers and which belong to the rotor.
  • the wear of the layer makes it conform to the shape of these pieces, tolerating only a very small game that lets almost no leaks pass.
  • the arrangement of the invention for connecting two adjacent platforms covered with a layer of easy erosion material on radially oriented faces is characterized by cavities extending radially on the platforms and through the layer , and opening onto the clearance, and by strips occupying the cavities and obstructing the clearance.
  • the strips therefore serve to provide the desired seal in the axial direction.
  • the cavities advantageously take the appearance of grooves which suitably retain the strips.
  • the cavities form on the platforms trenches open on the game and on the layer and having front stop faces of the edges of the platforms coinciding with ends of the game, and a joint provided with a core occupying the trenches, the lamellae being joined to the core.
  • a joint provided with a core occupying the trenches, the lamellae being joined to the core.
  • One case where this property is verified is that of a core having a U-shaped cross-section leaning against the trenches and covering the clearance and curved ends parallel to the lamellae and leaning against the stop faces of the trenches.
  • Another object of the invention is the seal defined above and designed above all for this application.
  • the core 11 is engaged in axial trenches 13 and 14 established on each of the platforms 1 and 2, and which open towards one another and towards the surfaces of the platforms 1 and 2 which are opposite to surfaces 7 and 8 and which is covered by a layer of layer of easy abrasion material, respectively 15 or 16 and which may consist of a layer of honeycomb.
  • a layer of layer of easy abrasion material respectively 15 or 16 and which may consist of a layer of honeycomb.
  • Each of the layer portions 15 and 16 extends above the respective trench 13 or 14 so as to cover it and to leave only the clearance 3 between them.
  • This circumstance means that the strips 12, which already divide the volume of trenches 13 and 14 in sections, must be more extensive and intimately mixed with the parts of layer 15 and 16 to also obstruct this part of the set 3.
  • An embedding can be carried out in practice by digging notches in the parts of layer 15 and 16 at the location of the strips 12 and by accommodating the strips 12 in these cuts when the layer parts are laid and fixed to the platforms 1 and 2 proper.
  • the core 11 is advantageously backed against the surfaces of the trenches 13 and 14 with little or no play. It can be terminated by curved edges 17 and 18 at the front and at the rear, substantially parallel to the strips 12 and which s '' back up almost without play to the stop faces 19 and 20 of the trenches 13 and 14 in the axial direction, which are close to the edges of the platforms 1 and 2. If the platforms 1 and 2 move mutually in the direction axial, they shear the core 11 which however has the ability to resist and counter these unwanted movements which would disjoin the platforms 1 and 2.
  • the curved edges of the core 11, both at the ends and on the sides, have also for the purpose of supporting it on the plate 25 for supporting the parts 15 and 16 of the layer of easy erosion and of preventing it from descending into the trenches 13 and 14.
  • the lamellae 12 it is suitable for the lamellae 12 to extend in front of grooves 21 separating ridges or wipers 22 from the rotor rubbing on the layer parts 15 and 16 and which shape them to complete the seal between a rotor disc 23 carrier of these wipers 22 and platforms 1 and 2.
  • FIG. 4 Another embodiment is described with FIG. 4.
  • the seal 10 is omitted and the sealing device only comprises the lamellae, here designated by the reference 28 and which occupy grooves 29 hollowed out in the platforms 1 and 2.
  • These grooves 29 open on the edge face towards the other platform, and extend in a generally radial direction through the thickness of the platforms and parts of the abradable layer 15 and 16, and up to the face of this layer opposite to the platforms 1 and 2 on the one hand, up to the axial groove 5 of the tongue 4 on the other hand.
  • the lamellae 28 could therefore slide grooves 29 and fall onto the disc 23, if these were not of variable curvature, and here more precisely provided with a corrugation 30 or with an oblique part, separating two straight portions 31 and 32.
  • the strips 28 are curved to the same shape and thus retained in their place.
  • the platforms 1 and 2 are held by the vanes 9, themselves linked by their opposite end (invisible in the figures) to external platforms fixed to a stator shell and which can also be formed of juxtaposed sectors. Sealing devices analogs with tongues and strips can be used to obstruct the play between these other sectors.

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Abstract

Agencement de raccordement de plates-formes (1 et 2) d'une turbomachine qui soutiennent des aubes (9). Leur jeu (4) mitoyen est occupé par un joint (10) composé d'une âme (11) placée dans des tranchées (13 et 14) sous la surface des plates-formes et de lamelles (12) obstruant le jeu et encastrées dans une couche (15, 16) de matière à érosion facile dite abradable. Non seulement l'âme (11) et surtout les lamelles (12) obstruent les jeux, mais le joint (10) peut être construit avec une raideur suffisante pour s'opposer au débattement excessif des plates-formes (1 et 2). Les lamelles (12) peuvent aussi être employées seules. <IMAGE>

Description

  • L'invention a trait à un agencement de raccordement de deux plates-formes accolées de turbomachine, ainsi qu'à un joint conçu pour servir dans cet agencement.
  • On rencontre souvent des constructions de turbomachines où certains éléments tels que les distributeurs du stator sont composés d'un assemblage de pièces elles-mêmes composées d'une plate-forme en secteur de cylindre ou de cône garnie d'aubes. Les plates-formes sont accolées entre elles pour former une surface aussi continue que possible, et elles sont parfois pourvues à leur surface opposée à celle d'où s'élèvent les aubes d'une couche de matière d'érosion facile, souvent appelée "abradable" dans cette technique et dont le rôle est d'assurer l'étanchéité sous les plates-formes en s'usant localement contre des pièces rigides en regard appelées léchettes et qui appartiennent au rotor. L'usure de la couche lui fait épouser la forme de ces pièces en ne tolérant qu'un tout petit jeu qui ne laisse passer presque aucune fuite.
  • Comme il est impossible de joindre parfaitement les plates-formes, on laisse subsister entre leurs faces de chant en regard des petits jeux qui autorisent des fuites des gaz à travers ces jeux. On a déjà eu l'idée de combattre ces fuites en creusant des rainures dans les faces en regard des plates-formes pour y loger un joint en languette qui s'étend le long du jeu et barre donc les trajets de fuite en direction radiale vers le rotor. Mais on a constaté que les fuites en direction axiale de la machine, le long du jeu, n'étaient pas non plus à négliger, d'autant moins que la couche abradable est elle aussi divisée en secteurs fixés aux plates-formes respectives et qui ne sont pas non plus jointifs, avec la conséquence que la section du jeu en direction axiale est fortement accrue.
  • L'agencement de l'invention pour raccorder deux plates-formes adjacentes et recouvertes d'une couche de matière d'érosion facile sur des faces orientées radialement est caractérisé par des cavités s'étendant radialement sur les plates-formes et à travers la couche, et s'ouvrant sur le jeu, et par des lamelles occupant les cavités et obstruant le jeu. Les lamelles servent donc à assurer l'étanchéité voulue en direction axiale. Les cavités prennent avantageusement l'aspect de rainures qui retiennent convenablement les lamelles.
  • Selon une forme de réalisation importante, les cavités forment sur les plates-formes des tranchées ouvertes sur le jeu et sur la couche et ayant des faces d'arrêt avant des bords des plates-formes coïncidant avec des extrémités du jeu, et on ajoute un joint pourvu d'une âme occupant les tranchées, les lamelles étant jointes à l'âme. On dispose alors d'un joint unique grâce auquel le montage est facile.
  • De plus, on peut facilement façonner le joint pour qu'il s'oppose au débattement des plates-formes grâce à sa rigidité. Un cas où cette propriété est vérifiée est celui d'une âme ayant une section en U adossée dans les tranchées et recouvrant le jeu et des bouts recourbés parallèlement aux lamelles et adossés aux faces d'arrêt des tranchées.
  • Un autre objet de l'invention est le joint défini précédemment et conçu avant tout pour cette application.
  • L'invention va maintenant être décrite plus en détail grâce à une réalisation particulière en liaison avec les dessins annexés, parmi lesquels :
    • la figure 1 est une vue d'ensemble de l'agencement,
    • les figures 2 et 3 sont deux coupes perpendiculaires de cette réalisation,
    • et la figure 4 illustre un autre mode de réalisation.
  • On a représenté deux plates-formes 1 et 2 en secteur de cylindre ou de cône qui sont aboutées de façon à présenter un jeu 3 mitoyen, d'orientation axiale dans la machine. Ce jeu peut être recouvert par une languette 4 dont les faces principales sont orientées radialement et dont les bords latéraux sont enfoncés dans des rainures 5 et 6 en vis-à-vis sur les faces de chant en regard des plates-formes 1 et 2, et qui ici affleurent presque aux surfaces 7 et 8 des plates-formes qui portent les aubes 9. Il s'agit d'une construction déjà connue, dont le but est d'empêcher les fuites de gaz en direction radiale ; l'élément essentiel de l'invention est toutefois un joint 10 composé d'une âme 11 à section en forme de U et de lamelles 12 d'une pièce avec l'âme 11 et dont les faces ont une orientation axiale.
  • L'âme 11 est engagée dans des tranchées 13 et 14 axiales établies sur chacune des plates-formes 1 et 2, et qui s'ouvrent l'une vers l'autre et vers les surfaces des plates-formes 1 et 2 qui sont opposées aux surfaces 7 et 8 et que recouvre une partie de couche de matériau d'abrasion facile, respectivement 15 ou 16 et qui peut consister en une couche de nid d'abeilles. Chacune des parties de couche 15 et 16 s'étend au-dessus de la tranchée 13 ou 14 respective de façon à la recouvrir et à ne laisser subsister entre elles que le jeu 3. Cette circonstance fait que les lamelles 12, qui divisent déjà le volume des tranchées 13 et 14 en sections, doivent être plus étendues et intimement mêlées aux parties de couche 15 et 16 pour obstruer aussi cette partie du jeu 3. Un encastrement peut être réalisé en pratique en creusant des entailles dans les parties de couche 15 et 16 à l'endroit des lamelles 12 et en logeant les lamelles 12 dans ces entailles quand les parties de couche sont posées et fixées aux les plates-formes 1 et 2 proprement dites.
  • On voit que les lamelles 12 bouchent à peu près complètement le jeu 3 et les tranchées 13 et 14 et réduisent beaucoup les fuites de gaz en direction axiale. L'âme 11 est avantageusement adossée aux surfaces des tranchées 13 et 14 avec peu ou pas de jeu. Elle peut être terminée par des bords recourbés 17 et 18 à l'avant et à l'arrière, sensiblement parallèlement aux lamelles 12 et qui s'adossent sans jeu ou presque à des faces d'arrêt 19 et 20 des tranchées 13 et 14 en direction axiale, qui sont proches des bords des plates-formes 1 et 2. Si les plates-formes 1 et 2 se déplacent mutuellement en direction axiale, elles cisaillent l'âme 11 qui a cependant la faculté de résister et de contrarier ces mouvements indésirés qui disjoindraient les plates-formes 1 et 2. Les bords recourbés de l'âme 11, aussi bien aux extrémités que sur les côtés, ont aussi pour but de la soutenir sur la plaque 25 de support des parties 15 et 16 de la couche d'érosion facile et de l'empêcher de descendre dans les tranchées 13 et 14.
  • On remarque qu'il est convenable que les lamelles 12 s'étendent devant des sillons 21 séparant des crêtes ou léchettes 22 du rotor frottant sur les parties de couche 15 et 16 et qui les façonnent pour compléter l'étanchéité entre un disque 23 de rotor porteur de ces léchettes 22 et les plates-formes 1 et 2.
  • On pourrait envisager de supprimer la languette 4, si par exemple l'âme 11 était parfaitement adossée au fond des tranchées 13 et 14 ou contre leur paroi latérale. On pourrait aussi remplacer la languette 4 par un autre joint. Le joint 10 de l'invention est donc d'un emploi parfaitement autonome.
  • Une autre réalisation est décrite avec la figure 4. Le joint 10 est omis et le dispositif d'étanchéité ne comprend que les lamelles, ici désignées par la référence 28 et qui occupent des rainures 29 creusées dans les plates-formes 1 et 2. Ces rainures 29 s'ouvrent sur la face de chant vers l'autre plate-forme, et s'étendent en direction globalement radiale à travers l'épaisseur des plates-formes et des parties de la couche abradable 15 et 16, et jusqu'à la face de cette couche opposée aux plates-formes 1 et 2 d'une part, jusqu'à la rainure 5 axiale de la languette 4 d'autre part. Les lamelles 28 pourraient donc glisser des rainures 29, et choir sur le disque 23, si celles-ci n'étaient pas à courbure variable, et ici plus précisément munies d'une ondulation 30 ou d'une partie oblique, séparant deux portions droites 31 et 32. Les lamelles 28 sont galbées à la même forme et retenues ainsi à leur place.
  • Une seule des plates-formes (ici 1) est représentée à la figure 4, mais il est assuré que l'autre est construite à l'identique et en particulier que les lamelles 28 s'étendent aussi dans des rainures semblables de l'autre plate-forme, de façon à obstruer totalement le jeu 3. Les tranchées 13 et 14 sont avantageusement omises ici, et les plates-formes 1 et 2 munies de nervures 33 de fondement aux rainures 29, qui s'étendent jusqu'à la couche abradable.
  • Dans cette réalisation comme la précédente, les plates-formes 1 et 2 sont tenues par les aubes 9, elles-mêmes liées par leur extrémité opposée (invisible sur les figures) à des plates-formes externes fixées à une virole de stator et qui peuvent aussi être formées de secteurs juxtaposés. Des dispositifs d'étanchéité analogues à languettes et lamelles peuvent être utilisés pour obstruer les jeux entre ces autres secteurs.

Claims (6)

  1. Agencement de raccordement de deux plates-formes (1, 2) accolées avec un jeu linéaire mitoyen (3) et recouvertes d'une couche (15, 16) de matière d'érosion facile sur des faces orientées radialement, caractérisé par des cavités s'étendant radialement sur les plates-formes et à travers la couche, et s'ouvrant sur le jeu, et par des lamelles (12, 28) occupant les cavités (13, 14, 29) et obstruant le jeu, les cavités formant des rainures s'allongeant avec des variations de courbure (30 à 32) et débouchant sur une face de la couche opposée aux plates-formes.
  2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités (29) débouchent, à l'opposé de la couche, sur une rainure de la plate-forme s'ouvrant sur le jeu et s'étendant parallèlement à la couche.
  3. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les cavités forment sur les plates-formes (1, 2) des tranchées (13, 14) ouvertes sur le jeu (3) et sur la couche (15, 16) et ayant des faces d'arrêt (19, 20) avant des bords des plates-formes coïncidant avec des extrémités du jeu, et en ce qu'il comprend en outre un joint (10) pourvu d'une âme (11) occupant les tranchées, les lamelles (12) étant jointes à l'âme.
  4. Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'âme (11) a une section en U adossée dans les tranchées (13, 14) et recouvrant le jeu, et des bouts (17, 18) recourbés parallèlement aux lamelles et adossés aux faces d'arrêt (19, 20) des tranchées.
  5. Agencement selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'âme comprend des parties (17, 18) appuyées sur des portions de la couche qui recouvrent les tranchées (13, 14).
  6. Joint susceptible de servir dans un agencement de raccordement de deux plates-formes accolées de turbomachine, caractérisé en ce qu'il est conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 5.
EP96400661A 1995-03-29 1996-03-28 Agencement de raccordement de deux secteurs angulaires de turbomachine et joint conçu pour servir dans cet agencement Expired - Lifetime EP0735242B1 (fr)

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