FR3063103A1 - Assemblage pour turbine a gaz, turbine a gaz associee - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un assemblage (100) pour turbine à gaz (1), comportant une première pièce (21, 22, 7) et une deuxième pièce (21', 22', 7') positionnées circonférentiellement autour d'un axe longitudinal (XX') de la turbine à gaz (1), une première face latérale (11) de la première pièce étant adjacente à une seconde face latérale (12) de la deuxième pièce, une première fente (13) présentant une première épaisseur (e1) étant ménagée dans la première face latérale (11) pour recevoir une première portion (201) d'une plaquette d'étanchéité (20) présentant une seconde épaisseur (e2) inférieure à ladite première épaisseur (e1), ledit assemblage (100) étant caractérisé en ce qu'une seconde portion (202) de ladite plaquette d'étanchéité (20) est fixée solidairement à la deuxième pièce.
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention se rapporte au domaine général des turbomachines, en particulier à un assemblage permettant d’assurer l’étanchéité dans la turbine à gaz d’un turboréacteur ou d’un turbopropulseur.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Les turbines à gaz récupèrent une partie de l’énergie cinétique des gaz en sortie io de la chambre de combustion afin d’assurer le fonctionnement de la soufflante, du compresseur et des accessoires dans un turboréacteur, ou encore d’entrainer l’arbre de transmission de l’hélice, le compresseur ainsi que différents accessoires dans un turbopropulseur.
La figure 1 représente une coupe longitudinale d’une turbine à gaz 1.
La turbine à gaz 1 présentée à la figure 1, d’axe longitudinal XX’, comporte quatre étages: chaque étage comportant un distributeur 2A, 2B, 2C et 2D, suivi d’un rotor 3A, 3B, 3C et 3D.
Plus particulièrement, chaque distributeur 2A, 2B, 2C et 2D est formé par une rangée annulaire d’aubes fixes 2. Les aubes fixes 2 de distributeur 2A, 2B, 2C et 2D présentent au niveau de leur sommet, une plateforme externe 2i et 2i’ et au niveau de leur pied, une plateforme interne 22 et 22’. On note que les plateformes externes 2i et 2i’ sont réunies bout à bout circonférentiellement autour de l’axe longitudinal XX’. De la même manière, les plateformes internes 22 et 22’ sont également réunies bout à bout circonférentiellement autour de l’axe longitudinal XX’. Par ailleurs, chaque rotor 3A,
3B, 3C et 3D est formé par une rangée annulaire d’aubes mobiles.
Les distributeurs 2A, 2B, 2C et 2D sont montés entre un carter extérieur 4 et une structure interne 5 tandis que les rotors 3A, 3B, 3C et 3D sont fixés sur des disques 6A, 6B, 6C et 6D boulonnés entre eux.
La turbine 1 comporte, en outre, des anneaux 7A, 7B, 7C et 7D disposés concentriquement autour des rotors 3A, 3B, 3C et 3D de chaque étage pour contenir le flux de gaz traversant les différents étages dans la veine 8 de la turbine 1. Chaque anneau 7A, 7B, 7C et 7D est constitué de secteurs d’anneau 7, 7’ qui maintiennent en position les distributeurs 2A, 2B, 2C et 2D et forment un moyen d’étanchéité avec les sommets des aubes mobiles des rotors 3A, 3B, 3C et 3D.
Afin d’améliorer l’étanchéité dans la veine 8 de la turbine 1, il est connu de positionner des plaquettes d’étanchéité 10 visibles sur les figures 2 à 4b entre deux secteurs d’anneau 7, 7’ successifs, entre deux plateformes externes adjacentes 2i et 2i et entre deux plateformes internes adjacentes 22 et 22’ de deux aubes fixes successives. L’ajout de plaquettes d’étanchéité 10 permet d’éviter les fuites de gaz entre deux plateformes adjacentes et entre deux secteurs d’anneau adjacents qui sont susceptibles de réduire les performances de la turbomachine.
Lorsque la plaquette d’étanchéité 10 est utilisée pour obturer le jeu entre deux plateformes adjacentes externes 2i, 2i, celle-ci est positionnée dans une première fente 13 ménagée dans une première face latérale 11 d’une première plateforme externe 2i et dans une deuxième fente 14 ménagée dans une deuxième face latérale d’une deuxième plateforme externe 2i. On note que la première face latérale 11 de la première plateforme externe 2i et la deuxième face latérale 12 de la deuxième plateforme externe 2i sont adjacentes et les fentes 13 et 14 sont en en regard l’une de l’autre. En outre, lorsque la plaquette d’étanchéité 10 est utilisée pour obturer le jeu entre deux plateformes adjacentes internes 22, 22’, la plaquette d’étanchéité 10 est positionnée dans une première fente 13 ménagée dans une première face latérale 11 d’une première plateforme interne 22 et dans une deuxième fente 14 ménagée dans une deuxième face latérale 12 d’une deuxième plateforme interne 22’. De la même manière, afin d’obturer le jeu entre deux secteurs d’anneau 7, 7’ voisins, la plaquette d’étanchéité 10 est positionnée dans une première fente 13 ménagée dans une première face latérale 11 d’un premier secteur d’anneau 7 et dans une deuxième fente 14 ménagée dans une deuxième face latérale 12 d’un deuxième secteur d’anneau 7’. On note que la première face latérale 11 du premier secteur d’anneau 7 et la deuxième face latérale 12 du deuxième secteur d’anneau 7’ sont adjacentes et les fentes 13 et
14 sont en vis-à-vis l’une de l’autre
Cependant, de telles plaques d’étanchéité 10 s’usent voire se désengagent des fentes et 14. En effet, les phénomènes vibratoires cumulés aux températures élevées dans la veine 8 pendant le fonctionnement de la turbomachine conduisent à l’usure des plaquettes d’étanchéité 10 qui se déplacent et vibrent au fond des fentes 13 et 14 par la force des gaz ce qui conduit à leur usure prématurée.
DESCRIPTION GENERALE DE L’INVENTION
L’invention apporte ainsi une solution permettant d’assurer l’étanchéité dans la turbine à gaz tout en limitant l’usure des plaquettes d’étanchéité.
Ainsi, l’invention selon un premier aspect se rapporte à un assemblage pour turbine à gaz, comportant une première pièce et une deuxième pièce positionnées circonférentiellement autour d’un axe longitudinal de la turbine à gaz, une première îo face latérale de la première pièce étant adjacente à une seconde face latérale de la deuxième pièce.
De plus, une première fente présentant une première épaisseur est ménagée dans la première face latérale pour recevoir une première portion d’une plaquette d’étanchéité présentant une seconde épaisseur inférieure à ladite première épaisseur.
En outre, une seconde portion de la plaquette d’étanchéité est fixée solidairement à la deuxième pièce.
L’assemblage pour turbine à gaz selon l’invention permet de résoudre les problèmes préalablement cités.
L’assemblage de l’invention permet de limiter les fuites d’air entre deux pièces voisines 20 tout en évitant l’usure prématurée desdites pièces et de la plaquette d’étanchéité. En effet, ainsi fixée à la deuxième pièce, la plaquette d’étanchéité ne risque pas de se déplacer et ainsi de s’user dans la première fente pendant le fonctionnement dans la turbine à gaz. De plus, la plaquette d’étanchéité ne risque pas non plus de se désengager de la première fente et ainsi d’endommager d’autres pièces de la turbine à gaz.
L’usure des plaquettes d’étanchéité et des pièces de la turbine à gaz est donc réduite ce qui permet de limiter les opérations de maintenance et les coûts liés au remplacement des pièces de la turbine à gaz.
Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, l’assemblage selon le premier aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la plaquette d’étanchéité et la deuxième pièce forment un élément monobloc.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la seconde portion de la plaquette d’étanchéité est fixée par brasage dans une deuxième fente ménagée dans la seconde face latérale de la deuxième pièce.
îo Selon un mode de réalisation non limitatif, la seconde portion de la plaquette d’étanchéité est fixée par soudure dans une deuxième fente ménagée dans la seconde face latérale de la deuxième pièce.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la plaquette d’étanchéité est réalisée en alliage résistant à chaud à base de Nickel ou de Cobalt.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la première pièce et la deuxième pièce sont des plateformes d’aubes fixes de distributeur de la turbine à gaz.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la première pièce et la deuxième pièce sont des secteurs d’anneau de la turbine à gaz.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la première portion de la plaquette d’étanchéité présente au moins une courbure dont un sommet est au contact d’une face interne de la première fente.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la première pièce et la deuxième pièce sont réalisées en alliage résistant à chaud à base de Nickel ou de Cobalt.
Par ailleurs, selon un second aspect, l’invention concerne une turbine à gaz comportant au moins un assemblage selon le premier aspect.
L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
Les figures montrent :
- à la figure 1, une coupe longitudinale d’une turbine à gaz,
- à la figure 2, une aube fixe de distributeur sur laquelle est monté un secteur d’anneau selon l’art antérieur,
- à la figure 3, un agrandissement de l’aube fixe de distributeur représentée à la figure 2,
- aux figure 4a et 4b, un assemblage pour turbine à gaz selon l’art antérieur, io - à la figure 5, un assemblage pour turbine à gaz selon un premier mode de réalisation de l’invention,
- à la figure 6, un assemblage pour turbine à gaz selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
- à la figure 7, un assemblage pour turbine à gaz selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L’INVENTION
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
L’invention se rapporte à un assemblage 100 permettant d’assurer l’étanchéité dans une turbine à gaz 1 de turboréacteur ou de turbopropulseur. En particulier, l’assemblage 100 selon l’invention permet de limiter les fuites de gaz hors de la veine 8 de la turbine à gaz 1 visible à la figure 1.
On rappelle que la turbine à gaz 1, d’axe longitudinal XX’, comporte un ou plusieurs étages permettant la détente des gaz en sortie de la chambre de combustion, chaque étage comportant un stator ou distributeur 2A, 2B, 2C et 2D suivi d’un rotor 3A, 3B, 3C et 3D. Chaque distributeur 2A, 2B, 2C et 2D comporte une rangée annulaire d’aubes fixes 2 montés circonférentiellement autour de l’axe longitudinal XX’ de la turbine 1 entre un carter extérieur 4 et une structure interne 5 et chaque rotor 3A, 3B, 3C et 3D comporte une rangée annulaire d’aubes rotatives autour dudit axe longitudinal XX’. On entend par « carter extérieur >> un carter de turbine haute pression ou un carter de turbine basse pression. De plus, les aubes fixes de distributeur 2A, 2B, 2C et 2D présentent au niveau de leur sommet, une plateforme externe 2i et 2i’ et au niveau de leur pied, une plateforme interne 22 et 22’. Les plateformes internes et externes sont réunies bout à bout circonférentiellement autour de l’axe longitudinal XX’.
En outre, on rappelle que des anneaux 7A, 7B, 7C et 7D sont disposés concentriquement autour des rotors 3A, 3B, 3C et 3D de chaque étage pour contenir le flux de gaz dans la veine 8 de la turbine à gaz 1. Chaque anneau 7A, 7B, 7C et 7D est constitué de secteurs d’anneau 7, 7’ qui maintiennent en position les distributeurs 2A, 2B, 2C et 2D et forment un moyen d’étanchéité avec les sommets des aubes mobiles des rotors 3A, 3B, 3C et 3D.
La figure 5 représente l’assemblage 100 pour turbine à gaz 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention. En référence à la figure 5, l’assemblage 100 comporte :
- une première pièce 2i, 22 et 7,
- une deuxième pièce 2i’, 22’ et 7’,
- une plaquette d’étanchéité 20.
Selon un mode de réalisation, la première pièce 2i est une première plateforme externe d’une première aube fixe 2 de distributeur 2A, 2B, 2C, 2D et la deuxième pièce 2i’ est une deuxième plateforme externe d’une deuxième aube fixe 2 de distributeur 2A, 2B, 2C, 2D adjacente à ladite première aube fixe 2.
Selon un autre mode de réalisation, la première pièce 22 est une première plateforme interne de la première aube fixe de distributeur 2A, 2B, 2C, 2D et la deuxième pièce 22’ est une deuxième plateforme interne de la deuxième aube fixe de distributeur 2A, 2B, 2C, 2D adjacente à ladite première aube fixe 2.
Selon un autre mode de réalisation, la première pièce 7 est un premier secteur d’anneau 7A, 7B, 7C, 7D et la deuxième pièce 7’ est un deuxième secteur d’anneau 7A, 7B, 7C, 7D.
Qu’il s’agisse d’une plateforme d’aube fixe de distributeur ou d’un secteur d’anneau, la première pièce 2i, 22 et 7 comporte une première face latérale 11 et la deuxième pièce 2i’, 22’ et 7’ comporte une seconde face latérale 12 adjacente à la première face latérale 11 de la première pièce 2i, 22 et 7.
En outre, une première fente 13 est ménagée dans la première face latérale 11 de la première pièce 2i, 22 et 7. Globalement, la première fente 13 s’étend perpendiculairement par rapport au plan formé par la première face latérale 11. De plus, la première fente 13 présente une forme et des dimensions adaptées pour recevoir une première portion 201 de la plaquette d’étanchéité 20. La première fente 13 présente une première épaisseur ei supérieure à une seconde épaisseur e2de la première portion 201 de la plaquette d’étanchéité 20 afin que ladite plaquette d’étanchéité 20 ne risque pas d’être au contact des faces internes 13-1 de la première fente 13 pendant le fonctionnement de la turbine à gaz 1 qui vibre. Ainsi, selon un îo mode de réalisation, la première fente 13 présente une première épaisseur ei comprise dans l’intervalle [0.5 mm, 1mm],
La plaquette d’étanchéité 20 est formée par la première portion 201 prolongée par une seconde portion 202. En d’autres termes, la première portion 201 et la seconde portion 202 forment un élément monobloc. Selon un mode de réalisation non limitatif, la plaquette d’étanchéité 20 présente globalement une forme parallélépipédique rectangle. La seconde portion 201 est fixée solidairement à la deuxième pièce 2i’, 22’ et 7’. Selon le premier mode de réalisation présenté à la figure 5, la seconde portion 202 est positionnée dans une deuxième fente 14 ménagée dans la seconde face latérale 12 de la deuxième pièce 2i, 22’ et 7’. Globalement, la deuxième fente 14 s’étend perpendiculairement par rapport au plan formé par la seconde face latérale 12. La fixation de la seconde portion 202 dans la deuxième fente 14 est réalisée par brasage ou encore par soudage dans la deuxième fente 14. On note que la première fente 13 et la deuxième fente 14 sont positionnées en regard l’une de l’autre. Par ailleurs, selon un mode de réalisation, la deuxième fente 14 présente la même épaisseur ei que la première fente 13. En outre, la seconde épaisseur Θ2 de la plaquette d’étanchéité 20 soit de la première portion 201 et de la seconde portion 202 est, selon un mode de réalisation, comprise dans l’intervalle [0.1mm, 0.5mm], préférentiellement dans l’intervalle [0.2mm, 0.4mm],
La plaquette d’étanchéité 20 selon le premier mode de réalisation permet ainsi de limiter les fuites d’air à travers la deuxième fente 14, de diminuer les vibrations et ainsi l’usure de la plaquette d’étanchéité 20 qui ne risque pas de se déplacer dans la première fente 13. De plus, la plaquette d’étanchéité 20 ne risque plus de se désengager des fentes 13 et 14.
Par ailleurs, la plaquette d’étanchéité 20 selon le premier mode de réalisation présente une épaisseur lui permettant de conserver une certaine flexibilité par rapport aux pièces 2i, 2i22, 22’, 7 et 7’. Une telle flexibilité de la plaquette d’étanchéité 20 permet de simplifier le montage des pièces 2i, 2i’, 22, 22’, 7 et 7’ les unes par rapport aux autres. De plus, en utilisant de telles plaquettes d’étanchéité 20, il n’est pas nécessaire de modifier la géométrie des plaquettes d’étanchéité 10 utilisées dans l’art antérieur. En outre, les plaquettes d’étanchéité 20 ne créent pas de contraintes supplémentaires aux pièces 2i, 2i’, 22, 22’, 7 et 7’. Selon un mode de réalisation, les pièces 2i, 2i, 22, 2-2, 7 et 7’ sont réalisées en alliage résistant à chaud à base de Nickel ou encore de Cobalt. Avantageusement, la plaquette d’étanchéité 20 est également réalisée en alliage résistant à chaud à base de Nickel ou encore de Cobalt. De telles plaquettes d’étanchéité 20 ne risquent pas de rompre lors du mouvement des pièces 2i, 2i’, 22, 22,7 et 7’ en fonctionnement.
De plus, les dimensions de la plaquette d’étanchéité 20 sont choisies de sorte que ladite plaquette d’étanchéité 20 obture le jeu entre la première face latérale 11 et la deuxième face latérale 12 quel que soient les mouvements des pièces 2i, 2i’, 22, 22’, 7 et 7’ ou la dilatation thermique subie par lesdites pièces 2i, 2i’, 22,22’, 7 et 7’pendant le fonctionnement de la turbine 1.
La figure 6 représente l’assemblage 100 de la turbine à gaz 1 selon un deuxième mode de réalisation.
L’assemblage 100 selon le second mode de réalisation est similaire à l’assemblage selon le premier mode de réalisation. Cependant, à la différence du premier mode de réalisation, la plaquette d’étanchéité 20 et la deuxième pièce 2i, 22’ et 7’ forment un élément monobloc. En d’autres termes, la plaquette d’étanchéité 20 s’étend perpendiculairement par rapport au plan formé par la seconde face latérale 12 pour former une saillie par rapport à ladite seconde face latérale 12. En outre, étant donné le fait que la plaquette d’étanchéité 20 et la deuxième pièce 2i’, 2i et 7’ forment un élément monobloc, la plaquette d’étanchéité 20 présente une solidité suffisante pour limiter son usure pendant le fonctionnement de la turbine 1.
De la même manière que dans le premier mode de réalisation, la plaquette d’étanchéité 20 selon le second mode de réalisation permet de limiter les fuites d’air au niveau de la deuxième fente 14 tout en réduisant les vibrations de la plaquette d’étanchéité 20 dans les fentes 13 et 14 ce qui permet de limiter l’usure de ladite plaquette d’étanchéité 20.
La figure 7 représente l’assemblage 100 selon un troisième mode de réalisation.
Dans l’assemblage 100 selon le troisième mode de réalisation, la plaquette d’étanchéité 20 est identique au premier mode de réalisation présenté à la figure 5, à la différence que la première portion 201 de la plaquette d’étanchéité 20 présente une courbure dont au moins un sommet S est au contact d’une face interne 13-1 de la première fente 13.
L’assemblage 100 selon le troisième mode de réalisation est similaire à l’assemblage îo selon le premier mode de réalisation. Cependant, à la différence du premier mode de réalisation, la plaquette d’étanchéité 20 permet également d’éviter les fuites d’air au niveau de la première fente 13. En effet, dans ce troisième mode de réalisation, la première portion 13 présente une courbure dont au moins un sommet S est au contact des faces internes 13-1 de la première fente 13 tel que décrit dans la demande de brevet FR n°3033827. Une telle courbure de la première portion 201 permet de limiter les fuites d’air à travers la première fente 13. De plus, la plaquette d’étanchéité 20 est montée en précontrainte dans la première fente 13 qui est conçue pour des plaquettes d’étanchéité planes ce qui ne nécessite pas de modifier la géométrie de la première fente 13. Ainsi bloquée sous tension, la plaquette d’étanchéité 20 est moins sensible à la conjonction des vibrations et de la température, causes typiques des usures.
ίο
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Assemblage (100) pour turbine à gaz (1), comportant une première pièce (2i, 22, 7) et une deuxième pièce (2T, 22’, 7’) positionnées circonférentiellement autour d’un5 axe longitudinal (XX’) de la turbine à gaz (1 ), une première face latérale (11 ) de la première pièce (2i, 22, 7) étant adjacente à une seconde face latérale (12) de la deuxième pièce (2T, 22’, 7’), une première fente (13) présentant une première épaisseur (ei) étant ménagée dans la première face latérale (11 ) pour recevoir une première portion (201) d’une plaquette d’étanchéité (20) présentant une seconde10 épaisseur (e2) inférieure à ladite première épaisseur (ei), ledit assemblage (100) étant caractérisé en ce qu’une seconde portion (202) de ladite plaquette d’étanchéité (20) est fixée solidairement à la deuxième pièce (2T, 22’, 7’).
- 2. Assemblage (100) pour turbine à gaz (1) selon la revendication 1, caractérisé en15 ce que la plaquette d’étanchéité (20) et la deuxième pièce (2T, 22’, 7’) forment un élément monobloc.
- 3. Assemblage (100) pour turbine à gaz (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde portion (202) de la plaquette d’étanchéité (20) est fixée par brasage dans une deuxième fente (14) ménagée dans la seconde face latérale (12)20 de la deuxième pièce (2T, 22’, 7’).
- 4. Assemblage (100) pour turbine à gaz (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde portion (202) de la plaquette d’étanchéité (20) est fixée par soudure dans une deuxième fente (14) ménagée dans la seconde face latérale (12) de la deuxième pièce (2T, 22’, 7’).25 5. Assemblage (100) pour turbine à gaz (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la plaquette d’étanchéité (20) est en alliage résistant à chaud à base de Nickel ou Cobalt.6. Assemblage (100) pour turbine à gaz (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce (2i, 22) et la deuxième pièce (2T, 22) sont des plateformes d’aubes fixes de distributeurs (2A, 2B, 2C, 2D) de la turbine à gaz (1).7. Assemblage (100) pour turbine à gaz (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce (7) et la deuxième pièce (7’)
- 5 sont des secteurs d’anneau (7A, 7B, 7C, 7D) de la turbine à gaz (1 ).
- 8. Assemblage (100) pour turbine à gaz (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première portion (201) de la plaquette d’étanchéité (20) présente au moins une courbure dont un sommet (S) est au contact d’une face interne (13-1 ) de la première fente (13).
- 10 9. Assemblage (100) pour turbine à gaz (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce (2i, 22, 7) et la deuxième pièce (2T, 22’, 7’) sont en alliage résistant à chaud à base de Nickel ou Cobalt.10. Turbine à gaz (1) caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un assemblage (100) selon l’une des revendications précédentes.1/4
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|---|---|---|---|---|
| FR3092867A1 (fr) * | 2019-02-19 | 2020-08-21 | Safran Aircraft Engines | Partie de turbomachine pour aeronef a languettes d’etancheite |
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| US20040051254A1 (en) * | 2002-09-13 | 2004-03-18 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Multidirectional turbine shim seal |
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| JP2012237318A (ja) * | 2012-08-24 | 2012-12-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービン分割環 |
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-
2017
- 2017-02-22 FR FR1751393A patent/FR3063103B1/fr active Active
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