Brevet FR2086275A1 — publié le 19711231

r r- i 3 71 1^282 f 2086275 La turbine est alimentée en gaz moteur chaud par des chambres de combustion convenables (non représentées). Le gaz moteur chaud s'écoule des chambres de combustion dans la turbine par l'intermédiaire d'un passage convenable de transition (non repré-5 senté), et passe alternativement dans les régions d'aubes fixes et les régions d'aubes de rotor de la turbine0 Un fluide comprimé' de refroidissement est introduit par les ailettes fixes creuses 11, et passe ensuite par un orifice 17 formé dans le segment 13 de déflecteur d'étanchéité. Le fluide de 10 refroidissement, tel que l'air, peut être fourni par une source convenable, tel qu'un compresseur (non représenté). Afin de conserver le fluide de refroidissement, et également de réduire au minimum la fuite de fluide moteur chaud autour des ailettes fixes 11, un ensemble d'étanchéité 21 est disposé dans 15 les espaces compris entre les disques 15 de rotor de la turbine. L'ensemble d'étanchéité 21 délimite une chambre annulaire 22 comprise entre le rotor 15 et les segments 13 de déflecteur interne d'étanchéité des ailettjes de stator, et destinée à recevoir le fluide de refroidissement. La pression de ce dernier à l'inté-20 rieur de la chambre 22 est maintenue à une valeur légèrement supérieure à celle de la pression du fluide moteur immédiatement en amont des ailettes fixes 11. Cet agencement empêche le fluide moteur chaud de pénétrer dans la chambre 22, et sa fuite autour des ailettes fixes 11 est réduite au minimum. 25 Dans les turbines Jantérieures, l'espace libre aux points A et B était nécessairement grand car les éléments fixes réglant cet espace faisaient intégralement partie des segments d'ailettes et se dilataient intérieurement en direction du rotor à mesure que la turbine atteignait sa température de fonctionnement0 Dans 30 la présente construction, l'écartement aux points A et B peut être beaucoup t>1us faible car les éléments de l'ensemble d'étan- ! chéité 2^ sont séparésjdes ailettes chaudes 11 et sont supportés par une pièce 23 de logement d'étanchéité qui est refroidi par le fluide de refroidissementc 35 La pièce annulairè de logement d'étanchéité, 23, présente une partie disposée axialement 24-, en relation d'étanchéité avec le rotor 15, et une collerette radiale 25 disposée en relation j; ï. ! S f 71 14282 2086275 d'étanchéité avec une saillie intérieure 26 du segment 23 de déflecteur d'étanchéité. La saillie 26 présente une face d'étanchéité 27 sur laquelle s'engage une face d'étanchéité 28 de la collerette 25. Un joint à labyrinthe 29 peut être disposé entre la 5 partie 24- de la pièce de logement 23 et le rotor 15. Des segments de tôle relativement mince, radialement disposés 31, s'associent à la pièce 23 de logement d'étanchéité pour délimiter une chambre 22 pratiquement close et former ainsi une barrière destinée à réduire la perte d'air de refroidissement de 10 cette chambre. Ainsi que représenté, les segments 31 s'engagent sur une surface d'étanchéité 32 du segment interne 13 de déflecteur, et ils sont espacés d'une distance relativement faible d'une surface annulaire 33 du rotor 15 afin de restreindre l'écoulement de l'air de refroidissement par le passage annulaire en B. Les 15 segments 31 sont disposés en deux couches avec des joints de dilatation disposés entre ceux-ci et décalés en quinconce pour empêcher la fuite entre les extrémités des segments„ Les intervalles entre les extrémités des segments permettent la dilatation circon-férentielle de ceux-ci, produite par l'élévation de température0 20 De minces segments de tSle supplémentaires 34- sont disposés de manière à s'engager sur une face d'étanchéité 35 de la pièce 23 de logement d'étanchéité et sur une face d'étanchéité 36 de la saillie 26 de segment 13 de déflecteur. Ainsi que représenté à la figure 2, les segments 34- sont disposés en deux couches séparées 25 par des joints de dilatation décalés en quinconce de la même manière que les segments 31. Les segments 34 présentent une partie 37 dirigée axialement, espacée d'une saillie 38 de la roue 15 de rotor afin de maintenir un écartement relativement faible au point A. L'écoulement du fluide de refroidissement qui fuit par le joint 30 à labyrinthe 29 dans l'espace 39 est donc restreint au point Ac De la sorte, le fluide de refroidissement est dirigé par un orifice 41 d'une plaque latérale 42 sur la roue 15 de rotor afin de refroidir les emplantures des aubes 140 Les segments d'étanchéité 34 s'associent également à la pièce 23 de logement d'étanchéité 35 pour empêcher la perte d'air de refroidissement de la chambre 22 aux surfaces d'étanchéité 27 et 28. Les segments d'étanchéité 31 et 34 sont fixés à la collerette 71 14282 5 2086275 25 par deux "boulons 43 par segment. Les segments 31 sont espacés de la collerette 25 au moyen d1entretoises tubulaires 44 qui s'engagent sur un épaulement 45 formé à la tête de chaque "boulon,, Un dispositif élastique, tel qu'une rondelle à ressort 46, est dis-5 posé autour de 1'épaulement 45 entre lfextrémité de 1'entretoise tubulaire 44 et les segments 31 afin de déterminer la force de serrage appliquée sur les segments 31 de métal. De la sorte, la charge imposée sur les segments est limitée de manière à permettre leur glissement sous les têtes des "boulons sans risque de gon-10 dolage. Les segments d'étanchéité 34 sont espacés de la collerette 25 au moyen d'entretoises tubulaires 47 disposées entre cette dernière et un épaulement 48 formé sur un écrou 49 vissé sur chaque "boulon 43. Une autre rondelle à ressort 46 est disposée au-15 tour de 1'épaulement 48 afin de déterminer la pression appliquée aux segments 34. Ainsi que le montre plus clairement la figure 2, des trous allongés 51 sont formés dans les segments 34 pour le passage des boulons 43» afin de permettre la dilatation circon-férentielle tout en retenant la position positive des segments 20 dans le sens radial. De même, des trous allongés 51 sont formés dans les segments 31 pour le passage des "boulons 43. Ainsi que représenté plus clairement aux figures 2 et 3, la pièce 23 de logement d'étanchéité est maintenue concentrique à l'axe 16 du rotor au moyen de six clavettes radiales 52 disposées 25 dans des cannelures radiales 53 formées dans les saillies 26 des segments 13 de déflecteur. Les clavettes 52 sont utilisées dans la moitié inférieure seulement de la pièce 23 de logement d'étanchéité. Elles sont réglables au moyen de manchons excentriques 54 montés sur les boulons 43, afin d'assurer ainsi tin alignement 30 correct de la pièce 23 de logement. Les clavettes 52 et les manchons excentriques 54 prennent la place des entretoises tubulai-res 47, sur les boulons sur lesquels les clavettes sont montées. De cette manière, les segments 34 d'étanchéité sont maintenus espacés de la pièce 23 de logement, et la pression désirée est main-35 tenue sur les segments d'étanchéité.Ainsi que stipulé précédemmert les clavettes 52 n^éont utilisées que dans la moitié inférieure de la pièce 23 de logement d'étanchéité, et elles peuvent être 71 14282 6 2086275 espacées de la manière représentée à la figure 2. Les "boulons 43 et les entretoises tubulaires 47 sont disposés entre les clavettes 52 dans la moitié inférieure de la pièce 23 de logement d'étanchéité . 5 Les plaques flexibles de segments 31 d'étanchéité assuimtune pression de ressort initiale à froid entre les surfaces en 32, et par suite 11étanchéité voulue de joint entre les segments 31 et le segment 13 de déflecteur. Selon l'explication qui précède, les segments 34 s'associent à la pièce 23 de logement d'étanchéité 10 et au segment 13 de déflecteur afin d'empêcher la fuite de l'air de refroidissement par le joint situé entre les surfaces 27 et 28 » Cet ensemble d'étanchéité permet de réduire l'écartement entre les parties fixes et rotatives d'une turbine, car les élé-15 ments constitutifs de l'ensemble sont distincts des parties chaudes de la turbine et supportés sur une pièce qui est refroidie par l'air de refroidissement introduit dans la turbine. L'ensemble d'étanchéité conserve l'air de refroidissement et dirige sa circulation de manière à refroidir les parties chaudes de la tur-20 bine. En outre, cet ensemble réduit au minimum la fuite de fluide moteur chaud autour des aubes fixes de la turbine. 71 14282 7 2086275 REVENDICATIONS 1. Ensemble d'étanchéité pour turbine à gaz à écoulement axial comprenant un stator pourvu d'une rangée annulaire d'ailettes auxquelles sont fixés des segments internes de déflecteur d*é- 5 tanchéité, et un rotor pourvu d'une rangée annulaire d'aubes disposée en aval de chaque rangée d'ailettes de stator, ensemble caractérisé par le fait qu'une pièce annulaire de logement d'étanchéité encercle le rotor en amont de ses aubes, et comprend des segments de couronne radialement disposés de manière à délimiter 10 une chambre annulaire entre le rotor et les segments internes de déflecteur d'ailettes de stator, cette pièce annulaire de logement d'étanchéité s'engageant à glissement à son extrémité extérieure sur le déflecteur interne des ailettes de stator en vue d'un mouvement relatif dans le sens radial, et assurant à son ex- 15 trémité radialement intérieure urjdispositif d'étanchéité avec le rotor, la chambre annulaire recevant un fluide de refroidissement sôus pression. 2. Ensemble d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pression du fluide de refroidissement à 20 1'intérieur de la chambre est maintenue à une valeur supérieure à celle de la pression du fluide moteur immédiatement en amont des ailettes de stator. 3. Ensemble d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un écartement relativement faible est assuré 25 entre les segments de métal et le rotor afin de restreindre l'écoulement du fluide de refroidissement de la chambre. 4. Ensemble d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la pièce de logement présente une partie dépassant axialement assurant un joint à 30 labyrinthe avec le rotor, et une collerette radiale s'engageant sur les segments de déflecteur interne d'ailettes de stator,, 5. Ensemble d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les segments de couronne sont fixés à la collerette raaiale de la pièce de logement en relation axiale 35 d'espacement au moyen de boulons traversant cette collerette et passant dans des entretoises disposées entre les segments de métal et la collerette de manière à appliquer une force de serrage /I 1428z 2086275 sur les segments et sur un dispositif élastique imposant une force de serrage sur les segments de métal. 60 Ensemble d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les segments de métal sont disposés par cou-5 ches avec des joints de dilatation décalés en quinconce entre les segments. 7. Ensemble d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que des saillies dépassant intérieurement sur les segments de déflecteur présentent des can-10 nelures radiales dans certaines desquelles sont disposées des clavettes radiales sur la moitié inférieure de la pièce de logement afin de maintenir cette dernière concentrique à l'axe de rotor, et des manchons excentriques sont disposés sur certain de ces boulons afin d'ajuster les clavettes dans ces cannelures» 15 8. Ensemble d'étanchéité selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 7» caractérisé par le fait que des orifices sont formés dans les déflecteurs, à chaque ailette afin de permettre l'introduction de fluide de refroidissement à l'intérieur des ailettes et de le faire circuler dans les chambres annulaires 20 adjacentes, et par le fait que des passages sont assurés pour conduire le fluide de refroidissement s'échappant des chambres annulaires, sur les parties d'emplanture et de base des aubes et ailettes adjacentesi