FR2928962A1 - Distributeur de turbine a pales creuses. - Google Patents

Abstract

Distributeur pour une turbine de turbomachine, comportant deux parois de révolution (126, 128) entre lesquelles s'étendent des pales (130, 130') sensiblement radiales, une des pales (130') présentant une cavité interne (142) de logement d'un instrument de mesure de la température, les autres pales (130) du distributeur comprenant des évidements internes (154) d'allègement et de réduction des contraintes en fonctionnement.

Description

Distributeur de turbine à pales creuses

La présente invention concerne un distributeur pour une turbine de turbomachine, et en particulier pour une turbine basse-pression d'un turboréacteur ou d'un turbopropulseur d'avion. Une turbine basse-pression de turboréacteur comprend plusieurs étages comportant chacun une roue à aubes et un distributeur. Chaque distributeur comprend deux parois de révolution, respectivement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des pales sensiblement radiales. Le distributeur est sectorisé et est formé de plusieurs secteurs de distributeur disposés bout à bout. Dans la technique actuelle, un des distributeurs de la turbine comprend une pale creuse, les autres pales de ce distributeur étant pleines. La pale creuse comporte une cavité interne de logement d'un instrument de mesure de la température. Cet instrument est monté dans la cavité de la pale par une ouverture formée dans la paroi externe du distributeur, sensiblement au droit de la pale, et débouchant dans la cavité interne de cette pale. Cette cavité communique avec la veine de la turbine par des perçages formés dans la pale et répartis sur sa longueur.

L'instrument: permet de mesurer la température à l'intérieur de la pale creuse et d'en déduire la température des pales du distributeur en fonctionnement du turboréacteur. Ces informations sont transmises au pilote de l'avion équipé de cette turbomachine qui peut alors vérifier que la température des pales du distributeur ne dépasse pas un certain seuil au- delà duquel il est nécessaire d'immobiliser l'avion pour réaliser une révision complète du turboréacteur. Les dimensions de la pale creuse du distributeur sont notamment déterminées en fonction des dimensions de la cavité interne de cette pale pour le logement de l'instrument de mesure, et des épaisseurs de paroi minimales de cette pale.

Toutes les pales du distributeur doivent avoir les rnêmes dimensions. Les dimensions des pales pleines du distributeur sont donc identiques à celles de la pale creuse et sont donc relativement importantes en épaisseur. Cela se traduit par une augmentation significative de la masse du distributeur et donc du turboréacteur, toujours préjudiciable en aéronautique. De plus, les pales pleines du distributeur sont plus rigides et plus robustes que nécessaire. En fonctionnement, ces pales pleines sont soumises à des sollicitations mécaniques et thermiques qui se traduisent par des déformations plus importantes de parties plus faibles du distributeur, auxquelles les pales pleines sont raccordées. La pale creuse du distributeur ainsi que les zones de raccordement entre les pales et les parois de révolution du distributeur sont ainsi soumises à des contraintes importantes, qui peuvent réduire la durée de vie du distributeur.

Les pales des aubes de ce type de distributeur sont en outre réalisées dans des matériaux à solidification dirigée, par exemple à base de nickel et sont coûteuses. L'invention permet d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de la technique antérieure.

Elle propose à cet effet un distributeur pour une turbine de turbomachine, comportant deux parois de révolution coaxiales entre lesquelles s'étendent des pales sensiblement radiales, au moins une des pales présentant une cavité interne de logement d'un instrument de mesure qui est engagé dans la cavité depuis une extrémité de celle-ci, caractérisé en ce que les autres pales du distributeur comprennent des évidements internes d'allègement et de réduction des contraintes en fonctionnement. Le distributeur de turbine selon l'invention comporte donc uniquement des pales creuses dont une forme un logement d'un instrument de mesure, les autres pales étant évidées pour réduire la masse du distributeur et donc la masse de la turbine de turbomachine équipée de ce distributeur. Les évidements des autres pales du distributeur sont en outre conformés pour, d'une part réduire les contraintes auxquelles sont soumises la pale équipée de l'instrument de mesure et les zones de raccordement des pales aux parois de révolution du distributeur et, d'autre part pour simplifier la fabrication de ces pales.

Dans un cas particulier de réalisation de l'invention, les contraintes maximales appliquées au distributeur ont été réduites de plus de 10%, ce qui a permis d'augmenter la durée de vie de ce distributeur de plus de 50%, par rapport à la technique antérieure. Dans un premier mode de réalisation, les pales du distributeur ont toutes la même cavité. Cela permet de mieux répartir et d'uniformiser les contraintes dans le distributeur et ainsi d'améliorer la durée de vie de ce dernier. Cela permet en outre de simplifier la fabrication du distributeur. Lorsque les pales du distributeur sont réalisées de fonderie, un même noyau peut en effet servir pour former la cavité interne de la pale de logement de l'instrument de mesure et les évidements des autres pales. En variante, l'évidement de chaque pale a une forme et/ou des dimensions différentes de celles de la cavité interne de la pale équipée de l'instrument de mesure. Les évidements des pales peuvent être différents les uns des autres du point de vue de leur forme et/ou de leurs dimensions.

Cela permet de former dans les autres pales des évidements plus simples et moins difficiles à réaliser que la cavité de la pale destinée à recevoir l'instrument de mesure. Les évidements des pales du distributeur peuvent être reliés à la veine de la turbine par des orifices ou des perçages de sortie d'air de ventilation. Les évidements internes des pales sont alors alimentés en air de ventilation par des moyens appropriés de façon à assurer le refroidissement des pales du distributeur. Cela permet notamment de fabriquer ces pales avec des matériaux moins coûteux. L'invention concerne également une turbine de turbomachine, 30 caractérisée en ce qu'elle comprend un distributeur du type précité, et une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine équipée d'au moins un distributeur tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'une turbine basse-pression d'une turbomachine, - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un secteur de distributeur de turbine selon la technique antérieure, - la figure 3 est une vue schématique en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, - la figure 4 est une vue schématique en perspective et en coupe partielle d'un secteur de distributeur d'une turbine selon l'invention.

On se réfère d'abord à la figure 1 qui est une demi-vue schématique en coupe d'une turbine basse-pression 10 d'un turboréacteur ou d'un turbopropulseur d'avion, selon un plan passant par l'axe de rotation du rotor de la turbine. Le rotor de la turbine comprend trois disques 12 assemblés coaxialement les uns aux autres par des brides annulaires 14 et portant des rangées annulaires d'aubes 16 qui sont montées par des pieds d'aubes à leurs extrémités radialement internes sur la périphérie externe des disques 12. Le rotor est relié à un arbre de turbine par l'intermédiaire d'un cône d'entraînement 18 fixé au moyen d'une bride annulaire 20 entre les brides annulaires 14 du disque intermédiaire et du disque aval. Des flasques annulaires 22 de retenue axiale des aubes 16 sur le disque 12 sont en outre montés entre les disques et comprennent chacun une paroi interne 24 sensiblement radiale serrée axialement entre les brides annulaires 14 de deux disques adjacents.

Entre les rangées d'aubes 16 se trouvent des distributeurs qui comportent chacun deux parois de révolution 26, 28 coaxiales, respectivement interne et externe, reliées entre elles par une rangée annulaire de pales 30. Les parois externes 28 des distributeurs sont accrochées par des moyens 32 appropriés sur un carter externe 34 de la turbine basse-pression. Les parois internes 26 des distributeurs sont reliées à des moyens 36 de support d'éléments annulaires 38 en matériau abradable. Ces éléments abradables 38 sont agencés radialement à l'intérieur des parois internes 26 des distributeurs, et à l'extérieur et en regard de léchettes annulaires externes 40 portées par les flasques 22 de façon à former des joints à labyrinthe.

Les distributeurs sont sectorisés et sont chacun formés de plusieurs secteurs de distributeurs disposés bout à bout les uns à côté des autres autour de l'axe longitudinal de la turbine. Chaque secteur de distributeur (figure 2) comprend un secteur de paroi externe 28 relié par des pales à un secteur de paroi interne 26. Les secteurs de parois interne et externe d'un secteur de distributeur ont sensiblement la même étendue angulaire et sont alignés l'un par rapport à l'autre en direction radiale. Le secteur de distributeur représenté en figure 2 comprend cinq pales 30, 30' dont une pale creuse 30' et quatre pales pleines 30. La pale creuse 30' comporte une cavité interne 42 de logement d'un instrument 44 de mesure de la température, du type thermocouple par exemple, qui permet de renseigner le pilote de l'avion équipé du turboréacteur sur la température des pales 30, 30' du distributeur en fonctionnement, cette température étant notamment fonction de l'état général d'usure du turboréacteur. La cavité interne 42 s'étend sur toute la dimension radiale de la pale 30' et communique avec la veine de la turbine par l'intermédiaire de perçages 46 formés dans la pale 30'. Ces perçages 46 sont formés du côté de l'intrados de la pale 30' dans l'exemple représenté.

Le secteur de paroi externe 28 du secteur de distributeur comporte une ouverture radiale 48 qui débouche à son extrémité radialement interne dans la cavité interne 42 de la pale 30'. Cette ouverture 48 permet de monter l'instrument 44 dans la cavité interne 42 et d'avoir accès à cet instrument pour le remplacer si nécessaire. Les autres pales 30 de ce secteur de distributeur sont pleines dans la technique actuelle. Les autres secteurs de distributeur comportent uniquement des pales pleines car ce type de distributeur est en général équipé d'un seul instrument de mesure 44 et comprend donc une seule pale creuse 30' comportant une cavité interne 42 de logement de cet instrument.

Cependant, cette technologie présente de nombreux inconvénients. Les dimensions transversales de la pale creuse 30' sont déterminées en fonction de la section de la cavité 42 nécessaire au montage de l'instrument 44, et de l'épaisseur 50 de paroi minimale de la pale de façon à ce que cette pale ait une bonne tenue mécanique. Les dimensions transversales des autres pales 30 du distributeur sont déterminées en fonction de celles de la pale creuse 30', de sorte que toutes les pales du distributeur soient identiques. Les pales pleines 30 sont donc plus épaisses que nécessaire, ce qui entraîne donc une augmentation globale de la quantité de matière et donc de la masse des pales 30 du distributeur, qui se répercute sur la masse globale du turboréacteur. Les pales pleines 30 sont par ailleurs beaucoup plus rigides que la pale creuse 30' du distributeur, ce qui génère en fonctionnement des déformations du distributeur et des concentrations de contraintes dans la pale creuse 30' et au niveau des zones 52 de raccordement des pales 30, 30' aux parois interne 26 et externe 28 du distributeur. L'invention permet de remédier au moins partiellement à ces problèmes grâce à la réalisation d'évidements ou de cavités dans les pales 30 du distributeur, ces évidements ayant pour fonction d'alléger les pales 30 du distributeur et de limiter et uniformiser les contraintes auxquelles le distributeur est soumis en fonctionnement.

Dans l'exemple représenté en figure 4, le distributeur comprend une pale 130' comportant une cavité interne 142 du même type que celle de la technique antérieure représentée en figures 2 et 3, les autres pales 130 de ce distributeur comprenant des évidements 154 identiques les uns aux autres et également identiques à la cavité interne 142 de la pale 130'. Chaque évidement 154 d'une pale 130 s'étend en direction radiale sur sensiblement toute la dimension radiale de la pale 130 et a une section transversale sensiblement égale à celle de la cavité interne 142 de la pale 130'.

Les avantages procurés par cette invention sont nombreux. L'invention permet d'une part de réduire de manière significative la masse de chaque pale 130 du distributeur et donc la masse totale du distributeur. Elle permet également de répartir de manière homogène la masse du distributeur autour de l'axe de la turbine et donc de limiter les déformations de ce distributeur et les contraintes localisées dans ce distributeur, lorsqu'il est soumis à des forces centrifuges importantes en fonctionnement. Les secteurs de ce distributeur peuvent être obtenus de fonderie. Dans ce cas, un même noyau réalisé dans un matériau approprié peut être utilisé pour former la cavité 142 de la pale 130' et les évidements 154 des pales 130. Dans une variante non représentée, les évidements ont une forme et des dimensions différentes de celles de la cavité 142 de la pale 130'. Ces évidements peuvent s'étendre en direction radiale sur une partie seulement de la dimension radiale des pales 130, la section de ces évidements pouvant être inférieure voire supérieure à celle de la cavité 142. Les évidements des pales 130 peuvent en outre être différents les uns des autres. Les pales 130 du distributeur peuvent également comporter des perçages 156 de sortie d'air de ventilation qui assurent une communication fluidique entre les évidements 154 des pales 130 et la veine de la turbine.

Les évidements 154 de ces pales sont alors alimentés en air de ventilation par exemple par leurs extrémités radialement externes. Des trous radiaux (non représentés) comparables à l'ouverture 48 peuvent être formés dans la paroi externe 128 du distributeur sensiblement au droit des évidements, ces trous débouchant à leurs extrémités radialement internes dans les évidements 154 et étant reliés à leurs extrémités radialement externes à des moyens d'alimentation en air, cet air étant par exemple prélevé sur un compresseur du turboréacteur. Dans le cas où les pales sont refroidies par de l'air de ventilation, il est possible de réaliser ces pales dans des matériaux moins résistants thermiquement et donc moins coûteux que ceux de la technique antérieure.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Distributeur pour une turbine de turbomachine, comportant deux parois de révolution (126, 128) coaxiales entre lesquelles s'étendent des pales (130, 130') sensiblement radiales, au moins une des pales (130') présentant une cavité interne (142) de logement d'un instrument de mesure qui est engagé dans la cavité depuis une extrémité de celle-ci, caractérisé en ce que les autres pales (130) du distributeur comprennent des évidements internes (154) d'allègement et de réduction des contraintes en fonctionnement.

2. Distributeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (154) de chaque pale (130) a une forme et des dimensions sensiblement identiques à celles de la cavité interne (142) de la pale (130') équipée de l'instrument de mesure.

3. Distributeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (154) de chaque pale (130) a une forme et/ou des dimensions différentes de celles de la cavité interne (142) de la pale (130') équipée de l'instrument de mesure.

4. Distributeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les 20 évidements (154) des pales (130) sont différents les uns des autres du point de vue de leur forme et/ou de leurs dimensions.

5. Distributeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les évidements (154) des pales (130) du distributeur sont reliés à la veine de la turbine par des orifices ou des perçages (156) de sortie d'air 25 de ventilation.

6. Distributeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est sectorisé, chaque secteur de distributeur étant formé de fonderie.

7. Turbine basse-pression de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle 30 comprend au moins un distributeur selon l'une des revendications précédentes.

8. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine selon la revendication 7.