FR3147834A1 - Ensemble rotorique de turbine pour turbomachine - Google Patents

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Abstract

Ensemble rotorique de turbine comprenant un disque amont (30) comprenant une première bride annulaire radiale (33) ; un disque aval (40) écarté du disque amont (30) dans la direction longitudinale (X1) et comprenant une deuxième bride annulaire radiale (43) ; un anneau d’étanchéité (20) intercalé le disque amont (30) et le disque aval (40) et comprenant une troisième bride annulaire radiale (22) qui comprend une face amont appliquée longitudinalement contre une face aval de la première bride annulaire radiale (33), et une face aval appliquée longitudinalement contre une face amont de la deuxième bride annulaire radiale (43) ; un moyen d’étanchéité amont (50) intercalé dans la direction longitudinale entre la face aval de la première bride annulaire radiale (33) et la face amont de la troisième bride annulaire radiale (22). Figure de l’abrégé : Figure 3

Description

Ensemble rotorique de turbine pour turbomachine
La présente description se rapporte à un ensemble rotorique de turbine de turbomachine, à une turbine comprenant un tel ensemble rotorique et à un procédé d’assemblage d’un tel ensemble rotorique.
Classiquement, une turbomachine de type turboréacteur à double flux comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens de la circulation des gaz à l’intérieur de la turbomachine, une soufflante, un compresseur basse-pression, un compresseur haute-pression, une chambre de combustion, une turbine haute-pression, une turbine basse-pression et une tuyère d’échappement. Le compresseur basse-pression, le compresseur haute-pression, la chambre de combustion, la turbine haute-pression, la turbine basse-pression et la tuyère d’échappement sont agencés radialement à l’intérieur d’un carter qui délimite, radialement vers l’extérieur, une veine primaire annulaire 4 de la turbomachine dans laquelle s’écoulent les gaz de l’amont vers l’aval.
Le compresseur haute-pression et le compresseur basse-pression sont respectivement reliés à la turbine haute-pression et la turbine basse-pression par un arbre respectif s’étendant selon l’axe longitudinal X de rotation des arbres de la turbomachine.
Dans le présent exposé, la direction longitudinale X1 correspond à la direction de l'axe longitudinal X. L'axe longitudinal X coïncide avec un axe de rotation des parties rotoriques de la turbomachine. Les qualificatifs d’orientation, tels que « longitudinal », « radial » ou « circonférentiel » sont définis sauf précision contraire par référence à l’axe longitudinal X. Une direction radiale R1 est une direction perpendiculaire à la direction de l'axe longitudinal X. Une direction circonférentielle, en un point éloigné de l'axe longitudinal X, correspond à une direction perpendiculaire aux directions longitudinale et radiale. Par ailleurs, sauf précision contraire, les adjectifs « intérieur », « interne », « extérieur » et « externe » sont utilisés en référence à une direction radiale R1 de sorte que la partie intérieure/interne (i.e. radialement intérieure/interne) d'un élément est plus proche de l'axe longitudinal X que la partie extérieure/externe (i.e. radialement extérieure/externe) du même élément. Enfin, les qualificatifs relatifs « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du fluide (de l'amont vers l'aval) dans la turbomachine.
Comme représentée à la , chaque turbine 1 comporte classiquement plusieurs étages, chacun étant constitué d’une rangée d’aubes fixes 3, aussi appelée distributeur, suivie d’une rangée d’aubes mobiles 2.
La turbine basse-pression 1 comprend ainsi un rotor ou ensemble rotorique comprenant les éléments mobiles en rotation autour de l’axe longitudinal X, et en particulier la rangée d’aubes mobiles 2 de chaque étage. Le rotor de la turbine basse-pression comprend en outre une pluralité de disques 10 comprenant chacun un moyeu 11 pourvu d’une jante périphérique sur laquelle est montée l’une des rangées d’aubes mobiles. Chaque disque 11 comprend en outre une virole amont 12am et une virole aval 12av plus particulièrement visibles à la . La virole amont 12av et la virole aval 12am de chaque disque 10 s’étendent longitudinalement du moyeu du disque respectivement vers l’amont et vers l’aval. La virole amont 12am et la virole aval 12av de chaque disque 10 sont destinés à la fixation du disque avec respectivement le disque 10 longitudinalement adjacent à l’amont et le disque longitudinalement adjacent à l’aval. À cet effet, la virole amont 12am et la virole aval 12av comprennent chacun une bride annulaire radiale 13av, 13am.
Le rotor comprend généralement un anneau d’étanchéité 20 disposé longitudinalement entre chaque paire de disques 10 consécutifs et comprenant une plateforme annulaire 21 disposée radialement en vis-à-vis de l’une des rangées d’aubes fixes 3. L’anneau d’étanchéité 21 comprend une pluralité de léchettes 23 en saillie radialement vers l’extérieur depuis la plateforme annulaire pour coopérer à étanchéité avec la rangée d’aubes fixes. L’anneau d’étanchéité 20 est fixé au rotor par l’intermédiaire d’une bride annulaire radiale 22 s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la plateforme annulaire 21 et intercalée longitudinalement entre la virole aval 12av du disque 10 longitudinalement adjacent à l’amont et la virole amont 12am du disque longitudinalement adjacent à l’aval, plus précisément entre la bride annulaire radiale 13av de la virole aval 12av et la bride annulaire radiale 13am de la virole amont 12am. La solidarisation entre les brides annulaires radiales des disques et de l’anneau d’étanchéité est généralement réalisée au moyen de boulons 14.
Le rotor de la turbine (en particulier les disques) est soumis à un environnement thermique très chaud. C’est pourquoi il est prévu un système de refroidissement spécifique qui comprend une cavité interne 61 délimitée radialement à l’extérieur par les viroles amont et aval de la pluralité de disques 10 et qui est alimentée par un flux d’air de refroidissement « froid » D1 prélevé en amont de la turbine, généralement au niveau d’un des compresseurs, en particulier au niveau du compresseur haute-pression ou d’un plan thermodynamique du compresseur haute-pression. Une partie radialement interne du moyeu 11 de chaque disque s’étend à l’intérieur de la cavité interne, permettant un refroidissement des disques 10. Cet air de refroidissement est ensuite réinjecté dans la veine primaire annulaire à l’amont du rotor selon un débit maitrisé D2, en particulier niveau d’un conduit amont formé longitudinalement entre le disque amont (i.e. le premier disque du rotor dans le sens allant de l’amont vers l’aval de la direction longitudinale X1) et un distributeur aval de la turbine haute-pression. Aussi, il est prévu que l’air de refroidissement présente une pression suffisante dans la cavité interne 61 pour limiter un écoulement des gaz s’écoulant dans la veine primaire annulaire 4 radialement vers l’intérieur dans le conduit amont.
En raison des tolérances de fabrication, un jeu j peut être formé dans la direction longitudinale X1 entre la bride annulaire radiale 22 de l’un des anneaux d’étanchéité 20 et l’une des brides annulaires radiales 13am, 13av des viroles amont et aval 12am, 12av correspondants. Aussi, du fait de la pression élevée de l’air de refroidissement dans la cavité interne 61, l’air de refroidissement peut s’écouler radialement vers l’extérieur à travers le jeu (représenté par la flèche F) ce qui entraine une diminution de la pression de l’air de refroidissement dans la cavité interne 61. Or, si la pression de l’air de refroidissent n’est pas suffisante (notamment si elle est inférieure à la pression des gaz circulant dans la veine primaire annulaire), il en résulte une introduction des gaz chauds de la veine primaire annulaire 4 dans la cavité interne 61 par le conduit amont et un échauffement des disques pouvant affecter leur intégrité et leur durée de vie.
Une solution connue est de vérifier, lors de l’assemblage de la turbine basse-pression, le placage longitudinal effectif entre la bride annulaire radiale 21 de chaque anneau 20 et les brides annulaires radiales 13am, 13av des viroles amont et aval 12am, 12av des disques 10 adjacents manuellement au moyen d’une cale paillette. Toutefois, cette solution s’avère chronophage.
Résumé
Il est proposé un ensemble rotorique de turbine pour turbomachine d’axe longitudinal, l’ensemble comprenant :
- un disque amont comprenant une virole aval qui comporte une première bride annulaire radiale,
- un disque aval écarté du disque amont dans la direction longitudinale et comprenant une virole amont qui comporte une deuxième bride annulaire radiale,
- un anneau d’étanchéité intercalé, en tout ou partie, entre le disque amont et le disque aval et comprenant une troisième bride annulaire radiale, la troisième bride annulaire radiale comprenant une face amont appliquée longitudinalement contre une face aval de la première bride annulaire radiale, et une face aval appliquée longitudinalement contre une face amont de la deuxième bride annulaire radiale,
l’ensemble comprenant en outre au moins l’un parmi un moyen d’étanchéité amont intercalé dans la direction longitudinale entre la face aval de la première bride annulaire radiale et la face amont de la troisième bride annulaire radiale et un moyen d’étanchéité aval intercalé dans la direction longitudinale entre la face aval de la troisième bride annulaire radiale et la face amont de la deuxième bride annulaire radiale.
Cela permet de limiter, voire supprimer, une fuite radialement vers l’extérieur d’un air de refroidissement contenu dans une cavité interne agencée radialement à l’intérieur de la virole aval et de la virole amont vers une cavité externe agencée radialement à l’extérieur de la virole aval et de la virole amont, voir même vers une veine primaire annulaire agencée radialement à l’extérieur de l’ensemble rotorique et dans laquelle s’écoule des gaz de la turbomachine.
De plus, l’étanchéité est assurée quand bien même un jeu serait formé longitudinalement entre la face aval de la première bride annulaire radiale et la face amont de la troisième bride annulaire aval, ou entre la face amont de la deuxième bride annulaire radiale et la face aval de la troisième bride annulaire radiale. Ainsi, l’agencement du moyen d’étanchéité (amont et/ou aval) permet d’éviter un contrôle des jeux longitudinaux entre la face aval de la première bride annulaire radiale et la face amont de la troisième bride annulaire aval, et/ou entre la face amont de la deuxième bride annulaire radiale et la face aval de la troisième bride annulaire radiale. L’assemblage d’un tel ensemble s’avère ainsi plus rapide. Le jeu ainsi rattrapé peut être formé annulairement autour de l’axe longitudinal ou localement autour de l’axe longitudinal.
Au moins l’une parmi la face aval de la première bride annulaire radiale et la face amont de la troisième bride annulaire radiale comprend une gorge annulaire longitudinale amont dans laquelle le moyen d’étanchéité amont est engagé, le moyen d’étanchéité amont étant en appui selon la direction longitudinale sur l’autre parmi la face aval de la première bride annulaire radiale et la face amont de la troisième bride annulaire radiale. Au moins l’une parmi la face aval de la troisième bride annulaire radiale et la face amont de la deuxième bride annulaire radiale peut comprend une gorge annulaire longitudinale aval dans laquelle le moyen d’étanchéité aval est engagé, le moyen d’étanchéité aval étant en appui selon la direction longitudinale sur l’autre parmi la face aval de la troisième bride annulaire radiale et la face amont de la deuxième bride annulaire radiale.
Le moyen d’étanchéité amont et moyen d’étanchéité amont sont ainsi maintenus selon la direction radiale.
La gorge annulaire longitudinale amont et/ou la gorge annulaire longitudinale aval peut comprendre un débouché qui délimite longitudinalement ladite gorge annulaire longitudinale et au moins une face radialement externe annulaire, la face radialement externe annulaire de ladite gorge annulaire longitudinale étant au moins délimitée d’un côté dans la direction longitudinale par le débouché de ladite gorge annulaire longitudinale, la face radialement externe de ladite gorge annulaire longitudinale s’évasant selon la direction longitudinale dans un sens orienté vers le débouché.
Lors du fonctionnement de la turbomachine, le moyen d’étanchéité (amont ou aval) est appliqué radialement vers l’extérieur par l’effet centrifuge sur la face radialement externe de la gorge annulaire longitudinale correspondante dans laquelle il est engagé. La face radialement externe de la gorge annulaire longitudinale forme alors une rampe (ou un guide) qui permet de maintenir le moyen d’étanchéité appliqué dans la direction longitudinale sur la face aval de la première bride annulaire radiale ou la face amont de la troisième bride annulaire radiale dans le cas du moyen d’étanchéité amont, ou sur la face aval de la troisième bride annulaire radiale ou la face amont de la deuxième bride annulaire radiale dans le cas du moyen d’étanchéité aval. Cela permet de conserver l’étanchéité malgré le déplacement radial du moyen d’étanchéité sous l’effet centrifuge.
La face radialement externe annulaire de la gorge annulaire longitudinale amont s’évase longitudinalement vers l’aval lorsque la gorge annulaire longitudinale amont est formée dans la face aval de la première bride annulaire radiale et vers l’amont lorsque la gorge annulaire longitudinale amont est formée dans la face amont de la troisième bride annulaire radiale.
La face radialement externe annulaire de la gorge annulaire longitudinale aval s’évase longitudinal vers l’aval lorsque la gorge annulaire longitudinale aval est formée dans la face aval de la troisième bride annulaire radiale et vers l’amont lorsque la gorge annulaire longitudinale aval est formée dans la face amont de la deuxième bride annulaire radiale.
La face radialement externe de la gorge annulaire longitudinale peut être tronconique de révolution autour de l’axe longitudinal avec une section augmentant vers le débouché.
En d’autres termes, le profil de la face radialement externe dans un plan de coupe comprenant l’axe longitudinal est sensiblement un segment de droite formant un angle avec l’axe longitudinal, aussi appelé demi-angle au sommet de la forme tronconique.
La forme tronconique de la face radialement externe de la gorge annulaire longitudinale peut présenter un demi-angle au sommet supérieur ou égal à 45°.
La gorge annulaire longitudinale peut comprendre une face de fond annulaire. La face radialement externe annulaire peut être délimitée dans la direction longitudinale par la face de fond. La face radialement externe annulaire peut s’étendre longitudinalement depuis la face de fond jusqu’au débouché.
La gorge annulaire longitudinale peut comprendre au moins une face radialement interne annulaire. La face radialement interne annulaire peut s’étendre longitudinalement depuis la face de fond jusqu’au débouché. La face radialement interne annulaire peut présenter une forme cylindrique à section circulaire autour de l’axe longitudinal.
Le moyen d’étanchéité amont et/ou le moyen d’étanchéité aval peut être un joint annulaire apte à être déformé élastiquement.
Le joint peut être fendu. Le joint peut être réalisé dans un matériau adapté pour supporter des températures élevées. Le joint peut être torique, par exemple de diamètre compris entre 2 mm et 3 mm.
Chaque disque peut comprendre un moyeu. La virole aval du disque amont peut s’étendre longitudinalement vers l’aval depuis le moyeu du disque amont. La virole aval peut comprendre une première paroi de liaison longitudinale comportant une extrémité amont au niveau de laquelle la virole aval est reliée au moyeu du disque amont et une extrémité aval depuis laquelle la première bride annulaire radiale s’étend radialement vers l’intérieur. La gorge annulaire longitudinale amont peut être formée au voisinage de la jonction entre la première paroi de liaison et la première bride annulaire radiale. Similairement, la virole amont du disque aval peut s’étendre longitudinalement vers l’amont depuis le moyen du disque aval. La virole amont peut comprendre une deuxième paroi de liaison longitudinale comportant une extrémité aval au niveau de laquelle la virole amont est reliée au moyeu du disque aval et une extrémité amont depuis laquelle la deuxième bride annulaire radiale s’étend radialement vers l’intérieur. La gorge annulaire longitudinale aval peut être formée au voisinage de la jonction entre la deuxième paroi de liaison et la deuxième bride annulaire radiale.
Chaque moyeu peut comprendre une jante périphérique dans laquelle est formée une rangée annulaire d’alvéoles ou rainures orientées longitudinalement et dans chacune desquelles peut être emboitée par complémentarité de forme une aube de turbomachine. Longitudinalement au niveau de chaque disque, la jante du disque considéré peut délimiter radialement à l’intérieur la veine primaire annulaire d’écoulement des gaz.
Le disque amont, le disque aval et l’anneau d’étanchéité sont solidaires entre eux. La première bride annulaire radiale, la deuxième bride annulaire radiale et la troisième bride annulaire radiale peuvent être reliées les unes aux autres, par exemple par boulonnage. À cet effet, l’ensemble peut comprendre au moins un boulon qui traverse chacune des brides annulaires radiales. Chaque bride annulaire radiale peut comprendre une paroi annulaire radiale depuis laquelle s’étendent radialement vers l’intérieur une pluralité de festons. Les liaisons boulonnées peuvent être situées au niveau des festons de chaque bride. La gorge annulaire longitudinale peut être formée au niveau de la paroi radiale de la bride annulaire radiale correspondante.
La désignation des brides annulaires radiales par un adjectif numéral (« première », « deuxième », « troisième ») résulte d’un choix sémantique. Alternativement, la première bride annulaire radiale peut être désignée par « bride annulaire radiale de la virole aval du disque amont » ou par « bride annulaire radiale aval du disque amont ». De manière similaire, la deuxième bride annulaire radiale peut être désignée par « bride annulaire radiale de la virole amont du disque aval » ou par « bride annulaire radiale amont du disque aval ». La deuxième bride annulaire radiale peut constituer l’unique bride de la virole amont du disque. Enfin, la troisième bride annulaire radiale peut être désignée par « bride annulaire radiale de l’anneau d’étanchéité ». La troisième bride annulaire radiale peut constituer l’unique bride de l’anneau d’étanchéité.
L’anneau d’étanchéité peut comprendre une plateforme annulaire depuis laquelle la troisième bride annulaire radiale s’étend radialement vers l’intérieur. L’anneau d’étanchéité peut en outre comprendre une pluralité de léchettes en saillie radialement vers l’extérieur de la plateforme annulaire et destinées à coopérer à étanchéité avec une rangée annulaire d’aubes fixes de la turbine. Longitudinalement entre le disque amont et le disque aval, la plateforme annulaire de l’anneau d’étanchéité peut délimiter radialement à l’intérieur la veine primaire annulaire d’écoulement des gaz.
L’ensemble rotorique peut comprendre un système de refroidissement. Le système de refroidissement peut comprendre une cavité interne (appelée aussi cavité de purge). La cavité interne peut être délimitée radialement à l’extérieur par la virole aval du disque amont et la virole amont du disque aval. Une partie d’extrémité radialement interne du moyeu de chaque disque peut s’étendre à l’intérieur de la cavité interne. La cavité interne peut contenir un air de refroidissement (ou air de purge) destiné au refroidissement des disques et de l’anneau d’étanchéité. L’ensemble rotorique peut comprendre une cavité externe. La cavité externe peut être délimitée radialement à l’intérieur par la virole aval du disque amont et la virole amont du disque aval. La cavité externe peut être délimitée radialement à l’extérieur par la plateforme annulaire de l’anneau d’étanchéité. La cavité externe peut être délimitée longitudinalement à l’amont par la virole aval du disque amont et/ou une partie d’extrémité amont de la plateforme annulaire de l’anneau d’étanchéité, et à l’aval par la virole amont du disque aval et/ou une partie d’extrémité aval de la plateforme annulaire de l’anneau d’étanchéité. La cavité externe peut comprendre une première partie et une seconde partie séparées longitudinalement l’une de l’autre par la troisième bride annulaire radiale.
Le système de refroidissement peut comprendre une première série de rainures formées dans une face amont de la troisième bride annulaire radiale et adaptées pour mettre en communication fluidique la cavité interne et la cavité externe, en particulier la première partie de la cavité externe. Chaque rainure de la première série de rainures peut être formée au niveau de la paroi radiale de la troisième bride annulaire, et de préférence circonférentiellement entre deux festons. Le système de refroidissement peut comprendre une deuxième série de rainures formées dans une face aval de la troisième bride annulaire radiale et adaptées pour mettre en communication fluidique la cavité interne et la cavité externe, en particulier la deuxième partie de la cavité externe. Chaque rainure de la deuxième série de rainures peut être formée au niveau de la paroi radiale de la troisième bride annulaire, et de préférence circonférentiellement entre deux festons. Chaque rainure de la première série de rainures et/ou de la deuxième série de rainures permet la circulation d’air de refroidissement entre la cavité interne et la cavité externe selon un débit choisi (i.e. déterminé en avance) et maitrisé pour le refroidissement de l’anneau d’étanchéité. Le débit est choisi pour conserver une pression de l’air de refroidissement suffisante dans la cavité interne et ne pas nuire aux performances de la turbomachine. Les rainures de la première série de rainures et/ou de la deuxième série de rainures peuvent être réparties annulairement autour de l’axe longitudinal, de préférence de manière régulière.
Le système de refroidissement peut comprendre une série de trous formés à travers la plateforme annulaire de l’anneau d’étanchéité et adaptés pour mettre en communication fluidique la cavité externe et la veine primaire annulaire. Chaque trou permet la circulation d’air de refroidissement entre la cavité externe et la veine primaire annulaire selon un débit choisi (i.e. déterminé en avance) et maitrisé pour l’évacuation de l’air de refroidissement. Le débit est choisi pour conserver une pression de l’air de refroidissement suffisante dans la cavité interne et ne pas nuire aux performances de la turbomachine. Les trous peuvent être répartis annulairement autour de l’axe longitudinal, de préférence de manière régulière.
Selon un autre aspect, il est décrit une turbine pour turbomachine, la turbine comprenant au moins un ensemble rotorique tel que décrit ci-avant. Il peut s’agir d’une turbine basse pression.
Selon un autre aspect, il est proposé un procédé d’assemblage d’un ensemble rotorique de turbine pour turbomachine tel que décrit ci-avant, le procédé comprenant les étapes :
A Positionner le disque amont de sorte que l’axe longitudinal coïncide avec le champ de pesanteur et que la face aval de la première bride annulaire radiale soit orientée vers le haut ;
B Positionner l’anneau d’étanchéité sur le disque amont de sorte que la face amont de la troisième bride annulaire radiale soit appliquée longitudinalement sur la face aval de la première bride annulaire radiale ; et
C Positionner le disque aval sur l’anneau d’étanchéité de sorte que la face amont de la deuxième bride annulaire radiale soit appliquée longitudinalement sur la face aval de la troisième bride annulaire radiale.
Le procédé comprend en outre une étape i réalisée entre les étapes A et B qui comprend le positionnement du premier moyen d’étanchéité sur la face aval de la première bride annulaire radiale et/ou une étape ii réalisée entre les étapes B et C qui comprend le positionnement du deuxième moyen d’étanchéité sur la face aval de la troisième bride annulaire radiale.
Dans le cas où la gorge annulaire longitudinale amont est formée dans la face aval de la première bride annulaire radiale, l’étape i peut comprendre l’engagement du premier moyen d’étanchéité dans la gorge annulaire longitudinale amont.
Le procédé peut comprendre une étape subséquente qui comprend la solidarisation de la première bride annulaire radiale, la deuxième bride annulaire radiale et la troisième bride annulaire radiale, notamment par boulonnage.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
, déjà décrite précédemment, est une vue schématique partielle en coupe d’une turbine basse-pression d’une turbomachine de l’art antérieur ;
, déjà décrite précédemment, est une vue schématique partielle en coupe à plus grande échelle d’un ensemble de la turbine de la ;
est une vue schématique similaire à celle de la et illustrant un ensemble de turbine pour turbomachine selon un mode de réalisation de la présente description.
est une vue schématique partielle en perspective d’un disque de l’ensemble de la ;
est une autre vue schématique partielle en perspective du disque de la ;
est une vue schématique partielle en perspective d’un anneau d’étanchéité de l’ensemble de la ;
est une vue schématique partielle en coupe de l’ensemble de la dans une configuration dans laquelle la turbine est en fonctionnement.
Il est maintenant fait référence à la qui représente un ensemble rotorique de turbine pour turbomachine d’axe longitudinal X comprenant un disque amont 30, un disque aval et un anneau d’étanchéité 20. En l’espèce, et de manière non limitative, il s’agit ici d’une turbine basse pression. Le disque amont 30 est visible de manière isolée et plus en détail aux figures 4 et 5. L’anneau d’étanchéité 20 est visible de manière isolée et plus en détail à la .
Le disque amont 30 et le disque aval sont écartés l’un de l’autre dans la direction longitudinale X1. Chaque disque comprend un moyeu 31, 41. Chaque moyeu 31, 41 comprend une jante périphérique dans laquelle est formée une rangée annulaire d’alvéoles ou rainures orientées longitudinalement, et dans chacune desquelles est emboitée par complémentarité de forme une aube de turbomachine. Longitudinalement au niveau de chaque disque, la jante du disque considéré peut délimiter radialement à l’intérieur une veine primaire annulaire 4 agencée radialement à l’extérieur de l’ensemble rotorique et dans laquelle s’écoulent des gaz de la turbomachine.
Le disque amont 30 comprend une virole aval 32 qui s’étend longitudinalement vers l’aval depuis le moyeu 31 du disque amont 30. Le disque aval comprend une virole amont 42 qui s’étend longitudinalement vers l’amont depuis le moyeu 41 du disque aval. Comme décrit ci-après, la virole aval 32 du disque amont 30 et la virole amont 42 du disque aval sont destinées à la fixation des disques entre eux. La virole aval 32 comprend une première paroi de liaison 34 et une première bride annulaire radiale 33. La première paroi de liaison 34 comporte une extrémité amont au niveau de laquelle la virole aval 32 est reliée (ici d’un seul tenant) au moyeu 31 du disque amont 30 et une extrémité aval depuis laquelle la première bride annulaire radiale 33 s’étend radialement vers l’intérieur. La première bride annulaire radiale 33 comporte une extrémité externe par laquelle elle est reliée (ici d’un seul tenant) à la première paroi de liaison 34 et une extrémité interne libre. De même, la virole amont 42 comprend une deuxième paroi de liaison 44 et une deuxième bride annulaire radiale 43. La deuxième paroi de liaison 44 comporte une extrémité aval au niveau de laquelle la virole amont 42 est reliée (ici d’un seul tenant) au moyeu 41 du disque aval et une extrémité amont depuis laquelle la deuxième bride annulaire radiale 43 s’étend radialement vers l’intérieur. La deuxième bride annulaire radiale 43 comporte une extrémité externe par laquelle elle est reliée (ici d’un seul tenant) à la deuxième paroi de liaison 44 et une extrémité interne libre.
L’anneau d’étanchéité 20 est intercalé, ici en partie, entre le disque amont 30 et le disque aval. L’anneau d’étanchéité 20 comprend une troisième bride annulaire radiale 22 et une plateforme annulaire 21. La troisième bride annulaire radiale 22 s’étend radialement vers l’intérieur depuis la plateforme annulaire 21. La troisième bride annulaire radiale 22 comprend une face amont appliquée longitudinalement contre une face aval de la première bride annulaire radiale 33, et une face aval appliquée longitudinalement contre une face amont de la deuxième bride annulaire radiale 43.
Le disque amont 30, le disque aval et l’anneau d’étanchéité 20 sont solidaires entre eux. La première bride annulaire radiale 33, la deuxième bride annulaire radiale 43 et la troisième bride annulaire radiale 22 sont ici reliées les unes aux autres par boulonnage. À cet effet, l’ensemble peut comprendre au moins un boulon qui traverse chacune des brides annulaires radiales. L’ensemble peut comprendre une rangée annulaire de liaisons boulonnées. À cet effet, chaque bride annulaire radiale comprend une paroi annulaire radiale depuis laquelle s’étend radialement vers l’intérieur une rangée annulaire de festons 22a, 32a. Les liaisons boulonnées sont ici situées au niveau des festons 32a, 22a de chaque bride.
L’anneau d’étanchéité 20 comprend une pluralité de léchettes 23 en saillie radialement vers l’extérieur de la plateforme annulaire 21 et destinées à coopérer à étanchéité avec une rangée annulaire d’aubes fixes de la turbine. Longitudinalement entre le disque amont 30 et le disque aval, la plateforme annulaire 21 de l’anneau d’étanchéité 20 délimite radialement à l’intérieur la veine primaire annulaire d’écoulement des gaz.
De manière remarquable, l’ensemble comprend en outre un moyen d’étanchéité amont 50 intercalé dans la direction longitudinale X1 entre la face aval de la première bride annulaire radiale 33 et la face amont de la troisième bride annulaire radiale 22. Cela permet de limiter, voire supprimer, une fuite radialement vers l’extérieur d’un air de refroidissement contenu dans une cavité interne 61 agencée radialement à l’intérieur la virole aval 32 et de la virole amont 42 vers une cavité externe 62 agencée radialement à l’extérieur de la virole aval 32 et de la virole amont 42, voir même vers la veine primaire annulaire 4. De plus, l’étanchéité est assurée quand bien même un jeu serait formé longitudinalement entre la face aval de la première bride annulaire radiale 33 et la face amont de la troisième bride annulaire aval, ou entre la face amont de la deuxième bride annulaire radiale 43 et la face aval de la troisième bride annulaire radiale 22. Ainsi, l’agencement du moyen d’étanchéité permet d’éviter un contrôle des jeux longitudinaux entre la face aval de la première bride annulaire radiale 33 et la face amont de la troisième bride annulaire aval, et/ou entre la face amont de la deuxième bride annulaire radiale 43 et la face aval de la troisième bride annulaire radiale 22. L’assemblage d’un tel ensemble s’avère ainsi plus rapide. Le jeu ainsi rattrapé peut être formé annulairement autour de l’axe longitudinal X ou localement autour de l’axe longitudinal X.
Ici le moyen d’étanchéité amont 50 est un joint annulaire apte à être déformé élastiquement. Le joint peut être fendu pour permettre une déformation plus aisée, notamment sous l’effet centrifuge tel que décrit ci-après. Le joint peut être réalisé dans un matériau adapté pour supporter des températures élevées atteintes lorsque la turbine est en fonctionnement. Le joint est ici torique, ayant par exemple de diamètre compris entre 2 mm et 3 mm.
La face aval de la première bride annulaire radiale 33 comprend par ailleurs une gorge annulaire longitudinale amont 35 dans laquelle le moyen d’étanchéité amont 50 est en partie reçue. Le moyen d’étanchéité amont 50 est aussi en appui selon la direction longitudinale X1 sur la face amont de la troisième bride annulaire radiale 22. Le moyen d’étanchéité est ainsi maintenu radialement lorsque la turbine est fonctionnement (i.e. lorsque l’ensemble rotorique est entrainé rotation autour de l’axe longitudinal X).
La gorge annulaire longitudinale amont 35 comporte un débouché situé en vis-à-vis longitudinal de la face amont de la troisième bride annulaire radiale 22. Le débouché délimite longitudinalement ladite gorge annulaire longitudinale amont 35. La gorge annulaire longitudinale amont 35 comporte également au moins une face radialement externe 35a annulaire. La face radialement externe 35a annulaire de la gorge annulaire longitudinale amont 35 est délimitée, ici à l’aval dans la direction longitudinale X1, par le débouché de la gorge annulaire longitudinale amont 35. La gorge annulaire longitudinale amont 35 comprend aussi une face de fond annulaire. La face radialement externe 35a annulaire est délimitée, ici à l’amont dans la direction longitudinale X1, par la face de fond. La face radialement externe 35a annulaire s’étend donc longitudinalement depuis la face de fond jusqu’au débouché. La gorge annulaire longitudinale comprend enfin au moins une face radialement interne annulaire. La face radialement interne annulaire s’étend longitudinalement depuis la face de fond jusqu’au débouché. La face radialement interne annulaire présente une forme cylindrique à section circulaire autour de l’axe longitudinal X.
De manière remarquable, la face radialement externe 35a de la gorge annulaire longitudinale amont 35 s’évase selon la direction longitudinale X1 dans un sens orienté vers le débouché (i.e. vers l’aval). Lors du fonctionnement de la turbomachine, comme représenté à la , le moyen d’étanchéité amont 50 est appliqué radialement vers l’extérieur par l’effort centrifuge C sur la face radialement externe 35a de la gorge annulaire longitudinale amont 35 dans laquelle il est engagé. La face radialement externe 35a de la gorge annulaire longitudinale amont 35 forme alors une rampe (ou un guide) qui permet de maintenir le moyen d’étanchéité amont 50 appliqué dans la direction longitudinale X1 sur la face amont de la troisième bride annulaire radiale 22. Cela permet de conserver l’étanchéité malgré le déplacement radial et/ou la déformation radiale du moyen d’étanchéité amont 50 sous l’effet centrifuge.
En particulier, la face radialement externe 35a de la gorge annulaire longitudinale amont 35 est tronconique de révolution autour de l’axe longitudinal X avec une section augmentant vers le débouché. En d’autres termes, le profil de la face radialement externe 35a dans un plan de coupe comprenant l’axe longitudinal X est sensiblement un segment de droite formant un angle avec l’axe longitudinal X, aussi appelé demi-angle au sommet de la forme tronconique. La forme tronconique de la face radialement externe 35a de la gorge annulaire longitudinale amont 35 peut présenter un demi-angle au sommet supérieur ou égal à 45°.
Aussi, la gorge annulaire longitudinale amont 35 est située radialement plus proche de l’extrémité externe de la première bride annulaire radiale 33 que de l’extrémité interne de la première bride annulaire radiale 33. La gorge annulaire longitudinale amont 35 est donc située au voisinage de la jonction entre la première paroi de liaison 34 et la première bride annulaire radiale 33. La gorge annulaire longitudinale est en l’occurrence formée au niveau de la paroi radiale de la bride annulaire radiale correspondante. Un tel agencement de la gorge annulaire longitudinal amont 35 permet de garder une portion suffisante de la première bride annulaire radiale 33 pour le passage des liaisons boulonnées.
L’ensemble rotorique comprend par ailleurs un système de refroidissement. Le système de refroidissement comprendre la cavité interne 61 (appelée aussi cavité de purge) mentionnée ci-avant. La cavité interne 61 est délimitée radialement à l’extérieur par la virole aval 32 du disque amont 30 et la virole amont 42 du disque aval. Une partie d’extrémité radialement interne du moyeu 31, 41 de chaque disque 30, 40 s’étend à l’intérieur de la cavité interne 61. La cavité interne 61 contient un air de refroidissement (ou air de purge) destiné au refroidissement des disques et de l’anneau d’étanchéité 20. L’ensemble rotorique comprend aussi la cavité externe 62 mentionnée ci-avant. La cavité externe 62 est délimitée radialement à l’intérieur par la virole aval 32 du disque amont 30 et la virole amont 42 du disque aval. La cavité externe 62 est délimitée radialement à l’extérieur par la plateforme annulaire 21 de l’anneau d’étanchéité 20. La cavité externe 62 peut être délimitée longitudinalement à l’amont par la virole aval 32 du disque amont 30 et/ou une partie d’extrémité amont de la plateforme annulaire 21 de l’anneau d’étanchéité 20, et à l’aval par la virole amont 42 du disque aval et/ou une partie d’extrémité aval de la plateforme annulaire 21 de l’anneau d’étanchéité 20. La cavité externe 62 peut comprendre une première partie et une seconde partie séparées longitudinalement l’une de l’autre par la troisième bride annulaire radiale 22.
Le système de refroidissement comprend une première série de rainures formées dans une face amont de la troisième bride annulaire radiale 22 et adaptées pour mettre en communication fluidique la cavité interne 61 et la cavité externe 62, en particulier la première partie de la cavité externe 62. Chaque rainure de la première série de rainures est formée au niveau de la paroi radiale de la troisième bride annulaire, et de préférence circonférentiellement entre deux festons. Le système de refroidissement comprend une deuxième série de rainures 24 formées dans une face aval de la troisième bride annulaire radiale 22 et adaptées pour mettre en communication fluidique la cavité interne 61 et la cavité externe 62, en particulier la deuxième partie de la cavité externe 62. Chaque rainure de la deuxième série de rainures 24 est formées au niveau de la paroi radiale de la troisième bride annulaire, et de préférence circonférentiellement entre deux festons. Contrairement à une fuite qui serait due à un jeu non voulu et non maitrisé, chaque rainure de la première série de rainures et/ou de la deuxième série de rainures 24 permet la circulation d’air de refroidissement entre la cavité interne 61 et la cavité externe 62 selon un débit choisi (i.e. déterminé en avance) et maitrisé pour le refroidissement de l’anneau d’étanchéité 20. Le débit est choisi pour conserver une pression de l’air de refroidissement suffisante dans la cavité interne 61 et ne pas nuire aux performances de la turbomachine. Les rainures de la première série de rainures et/ou de la deuxième série de rainures 24 peuvent être réparties annulairement autour de l’axe longitudinal X, de préférence de manière régulière.
Le système de refroidissement comprend aussi une série de trous 25 formés à travers la plateforme annulaire 21 de l’anneau d’étanchéité 20 et adaptés pour mettre en communication fluidique la cavité externe 62 et la veine primaire annulaire 4. Comme pour les rainures, chaque trou 25 permet la circulation d’air de refroidissement entre la cavité externe 62 et la veine primaire annulaire 4 selon un débit choisi (i.e. déterminé en avance) et maitrisé pour l’évacuation de l’air de refroidissement. Le débit est choisi pour conserver une pression de l’air de refroidissement suffisante dans la cavité interne 61 et ne pas nuire aux performances de la turbomachine. Les trous 25 peuvent être répartis annulairement autour de l’axe longitudinal X, de préférence de manière régulière.
En référence à la , il est maintenant décrit un procédé 100 d’assemblage d’un ensemble rotorique de turbine pour turbomachine tel que décrit ci-avant.
Le procédé 100 comprend une première étape 101 qui comprend le positionnement du disque amont 30 de sorte que l’axe longitudinal X coïncide avec le champ de pesanteur et que la face aval de la première bride annulaire radiale 33 soit orientée vers le haut.
Le procédé 100 comprend une deuxième étape 102 qui comprend l’engagement du premier moyen d’étanchéité dans la gorge annulaire longitudinale amont 35.
Le procédé 100 comprend une troisième étape 103 qui comprend le positionnement de l’anneau d’étanchéité 20 sur le disque amont 30 de sorte que la face amont de la troisième bride annulaire radiale 22 soit appliquée longitudinalement sur la face aval de la première bride annulaire radiale 33.
Le procédé 100 comprend une quatrième étape 104 qui comprend le positionnement du disque aval sur l’anneau d’étanchéité 20 de sorte que la face amont de la deuxième bride annulaire radiale 43 soit appliquée longitudinalement sur la face aval de la troisième bride annulaire radiale 22.
Le procédé 100 comprend une cinquième étape 105 qui comprend la fixation de la première bride annulaire radiale 33, la deuxième bride annulaire radiale 43 et la troisième bride annulaire radiale 22 entre elles, ici par boulonnage.
L’invention ne se limite pas aux seuls exemples décrits précédemment et est susceptible de nombreuses variantes.
Selon une première variante non représentée, la gorge annulaire longitudinale amont peut être formée dans la face amont de la troisième bride annulaire radiale. Dans cette variante, le moyen d’étanchéité amont peut être reçu en partie dans la gorge annulaire longitudinal amont et peut être en appui dans la direction longitudinale X1 sur la face aval de la première bride annulaire radiale. Dans cette variante, la face radialement externe de la gorge annulaire longitudinale amont peut s’évaser longitudinalement vers l’amont.
Selon une deuxième variante non représentée, qui peut être considérée indépendamment ou en combinaison avec l’exemple décrit ci-dessus ou la première variante, l’ensemble peut comprendre un moyen d’étanchéité aval intercalé dans la direction longitudinale X1 entre la face aval de la troisième bride annulaire radiale et la face amont de la deuxième bride annulaire radiale. Structurellement, le moyen d’étanchéité aval peut être identique au moyen d’étanchéité amont.
Selon une première alternative de la deuxième variante, la face amont de la deuxième bride annulaire radiale peut comprendre une gorge annulaire longitudinale aval dans laquelle le moyen d’étanchéité aval est, en tout ou partie, reçu. Le moyen d’étanchéité aval peut, d’autre part, être en appui sur la face aval de la troisième bride annulaire radiale. La gorge annulaire longitudinale aval peut avoir les mêmes caractéristiques que la gorge annulaire longitudinale amont. En particulier, une face radialement externe de la gorge annulaire longitudinale aval peut s’évaser longitudinalement vers l’amont. Similairement, la gorge annulaire longitudinale aval peut être formée au voisinage de la jonction entre la deuxième paroi de liaison et la deuxième bride annulaire radiale, i.e. plus proche radialement de l’extrémité externe de la deuxième bride annulaire radiale que l’extrémité interne de la deuxième bride annulaire radiale.
Selon une deuxième alternative de la deuxième variante, la gorge annulaire longitudinale aval peut être formée dans la face aval de la troisième bride annulaire radiale. Dans cette alternative, le moyen d’étanchéité aval peut être reçu en partie dans la gorge annulaire longitudinale aval et être en appui dans la direction longitudinale X1 sur la face amont de la deuxième bride annulaire radiale. Dans cette alternative, la face radialement externe de la gorge annulaire longitudinale aval peut s’évaser longitudinalement vers l’aval.

Claims (10)

  1. Ensemble rotorique de turbine pour turbomachine d’axe longitudinal, l’ensemble comprenant :
    - un disque amont (30) comprenant une virole aval (32) qui comporte une première bride annulaire radiale (33),
    - un disque aval (40) écarté du disque amont (30) dans la direction longitudinale (X1) et comprenant une virole amont (42) qui comporte une deuxième bride annulaire radiale (43),
    - un anneau d’étanchéité (20) intercalé, en tout ou partie, entre le disque amont (30) et le disque aval (40) et comprenant une troisième bride annulaire radiale (22), la troisième bride annulaire (22) radiale comprenant une face amont appliquée longitudinalement contre une face aval de la première bride annulaire radiale (33), et une face aval appliquée longitudinalement contre une face amont de la deuxième bride annulaire radiale (43),
    l’ensemble comprenant en outre au moins l’un parmi un moyen d’étanchéité amont (50) intercalé dans la direction longitudinale entre la face aval de la première bride annulaire radiale (33) et la face amont de la troisième bride annulaire radiale (22), et un moyen d’étanchéité aval intercalé dans la direction longitudinale entre la face aval de la troisième bride annulaire radiale (22) et la face amont de la deuxième bride annulaire radiale (43).
  2. Ensemble rotorique selon la revendication précédente, dans lequel au moins l’une parmi la face aval de la première bride annulaire radiale (33) et la face amont de la troisième bride annulaire radiale (22) comprend une gorge annulaire longitudinale amont (35) dans laquelle le moyen d’étanchéité amont (50) est engagé, le moyen d’étanchéité amont (50) étant en appui selon la direction longitudinale (X1) sur l’autre parmi la face aval de la première bride annulaire radiale (33) et la face amont de la troisième bride annulaire radiale (22), et/ou dans lequel au moins l’une parmi la face aval de la troisième bride annulaire radiale (22) et la face amont de la deuxième bride annulaire radiale (43) comprend une gorge annulaire longitudinal aval dans laquelle le moyen d’étanchéité aval est engagé, le moyen d’étanchéité aval étant en appui selon la direction longitudinale (X1) sur l’autre parmi la face aval de la troisième bride annulaire radiale (22) et la face amont de la deuxième bride annulaire radiale (43).
  3. Ensemble rotorique selon la revendication précédente, dans lequel la gorge annulaire longitudinale amont (35) et/ou la gorge annulaire longitudinale aval comprend un débouché qui délimite longitudinalement ladite gorge annulaire longitudinale (35) et au moins une face radialement externe annulaire (35a), la face radialement externe annulaire (35a) de ladite gorge annulaire longitudinale (35) étant au moins délimitée d’un côté dans la direction longitudinale par le débouché de ladite gorge annulaire longitudinale (35), la face radialement externe annulaire (35a) de ladite gorge annulaire longitudinale (35) s’évasant selon la direction longitudinale (X1) dans un sens orienté vers le débouché.
  4. Ensemble rotorique selon la revendication précédente, dans lequel la face radialement externe annulaire (35a) de la gorge annulaire longitudinale (35) est tronconique de révolution autour de l’axe longitudinal (X) avec une section augmentant vers le débouché.
  5. Ensemble rotorique selon la revendication précédente, dans lequel la forme tronconique de la face radialement externe annulaire (35a) de la gorge annulaire longitudinale (35) présente un demi-angle au sommet supérieur ou égal à 45° par rapport à la direction longitudinale (X1).
  6. Ensemble rotorique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen d’étanchéité amont (50) et/ou le moyen d’étanchéité aval comprend un joint annulaire apte à être déformé élastiquement.
  7. Turbine pour turbomachine, la turbine comprenant au moins un ensemble rotorique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  8. Procédé d’assemblage d’un ensemble rotorique de turbine pour turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, le procédé comprenant les étapes :
    A Positionner le disque amont (30) de sorte que l’axe longitudinal coïncide avec le champ de pesanteur et que la face aval de la première bride annulaire radiale (33) soit orientée vers le haut ;
    B Positionner l’anneau d’étanchéité (20) sur le disque amont (30) de sorte que la face amont de la troisième bride annulaire radiale (22) soit appliquée longitudinalement sur la face aval de la première bride annulaire radiale (33) ; et
    C Positionner le disque aval (40) sur l’anneau d’étanchéité (20) de sorte que la face amont de la deuxième bride annulaire radiale (43) soit appliquée longitudinalement sur la face aval de la troisième bride annulaire radiale (22) ;
    le procédé comprenant en outre une étape i réalisée entre les étapes A et B qui comprend le positionnement du premier moyen d’étanchéité (50) sur la face aval de la première bride annulaire radiale (33) et/ou une étape ii réalisée entre les étapes B et C qui comprend le positionnement du deuxième moyen d’étanchéité sur la face aval de la troisième bride annulaire radiale (22).
  9. Procédé selon la revendication précédente, la revendication 2 s’appliquant avec la gorge annulaire longitudinale amont (35) est formée dans la face aval de la première bride annulaire radiale, dans lequel l’étape i comprend l’engagement du premier moyen d’étanchéité (50) dans la gorge annulaire longitudinale amont (35).
  10. Procédé d’assemble selon la revendication précédente, le procédé comprenant une étape subséquente qui comprend la solidarisation de la première bride annulaire radiale (33), la deuxième bride annulaire radiale (43) et la troisième bride annulaire radiale (22), notamment par boulonnage.
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