Brevet FR2467292A1 — publié le 19810417

2467292. Dispositif de réglage du jeu entre les aubes mobiles et l'anneau d'une turbine. L'invention concerne un dispositif de réglage du jeu entre les aubes mobiles et l'anneau d'une turbine et est destiné au maintien d'un jeu réduit et sensiblement constant lors des changements de régime de la turbine, le dispositif comportant une virole interne portant une garniture d'étanchéité, une cloison cylindrique perforée entourant la virole et une virole externe délimitant une chambre recevant l'air destiné au re- froidissement ou au réchauffage de l'anneau après- son passage au travers de la cloison perforée. Le rendement d'une turbine est fonction d'un certain nombre de paramètres et en particulier du jeu existant entre les ex- trémités des aubes et le stator. Ce jeu est réglé par cons- truction à une valeur déterminée, faible et afin d'éviter des frottements accidentels, lors de la rotation, l'anneau de turbine porte généralement une garniture constituée d'un ma- tériau d'usure permettant un contact non destructif des aubes. Ces frottements résultent des différences de dilatations thermiques entre les disques et aubes de turbine d'une part - et le carter supportant l'anneau d'autre part. Le jeu prévu lors de la construction varie donc avec les modifications rapides de régime et de température de la turbine. Dans les phases de démarrage ou d'accélération, les aubes de la turbine- et l'anneau s'échauffent plus rapidement que le disque, ce qui entraîne une dilatation de l'anneau et un accroissement du jeu entre les aubes et L'anneau. Dans la phase de décélé- ration, les aubes et l'anneau se refroidissent plus rapide- ment que le disque et le jeu est minimal avec risque d'inter- férence entre les aubes et l'anneau. Afin de minimiser, sinon de supprimer les variations du jeu, les constructeurs ont cherché à rendre les variations dimensionnelles du rotor et du stator simultanées par le choix des coefficients de dila- tation des matériaux et par le contrôle de la température de l'anneau ou de la structure portant l'anneau. C'est ainsi que le brevet français n 2 064 889 décrit un anneau d'étanchéité maintenu par un support annulaire. Ce support communique avec de l'air sous pression refoulé par le compresseur et comporte un rebord ayant une masse thermique importante. Des passages prévus dans la paroi du support di- rigent l'air vers le rebord dans une chambre fermée en outre par une paroi perforée. Cette paroi perforée détermine avec la paroi de l'anneau une deuxième chambre. L'air sous pression sert d'abord à chauffer ou à refroidir le support d'anneau, puis ce même air est utilisé pour chauffer ou refroidir l'annrreau lui-même par formation au travers de la paroi per- forée de la deuxième chambre de jets assurant une vitesse élevée de transfert'de chaleur entre l'air et l'anneau. Du fait que l'anneau est segmenté et maintenu par des rebords disposés à ses deux extrémités, le risque de dilatation non simultanée des parties extrêmes n'est pas exclu. Les liai- sons entre les segments et les supports ne permettent pas une étanchéité convenable et les fuites d'air rendent le con- trôle de la température difficile. En outre, le montage mé- canique est complexe, ce qui a pour conséquence des temps d'immobilisation relativement importants lors de la réfection de l'anneau. Le brevet français n0 2 293 594 décrit un dispositif dans lequel l'anneau d'étanchéité, constitué de segments comportant des saillies et rebords, est maintenu par un premier organe annulaire supporté par des goujons fixés à leur extrémité ex- térieure dans des trous prévus dans l'enveloppe. Ce premier organe annulaire comporte des trous permettant le passage d'air à haute pression provenant du compresseur. Un second organe annulaire, de masse plus importante que le premier, est isolé de l'air haute pression-par un écran. Lors des va- riations de régime,. le second organe annulaire massif protégé par l'écran se dilate ou se contracte-moins vite que le premier organe et permet ainsi le contrô1e de la dilatation du support de l'anneau et par suite le maintien du jeu. Les in- convénients de cette réalisation sont sensiblement les mêmes que ceux signalés dans le premier brevet cité. 2467292; L'invention vise à réaliser un dispositif dans lequel les fuites d'air de refroidissement ou de réchauffage sont par- faitement déterminées. En outre, le support d'anneau et les chambres d'amenée d'air constituent un ensemble étanche relié par un seul organe assurant à la fois le passage de l'air et la liaison au carter et susceptible de fournir un guidage précis. Selon une autre particularité, l'air de chauffage ou de refroidissement parvient directement à l'entrée des chambres. Selon l'invention, le dispositif de réglage du jeu entre les aubes et l'anneau d'une turbine comportant une virole interne portant une garniture d'étanchéité, une cloison cylindrique perforée entourant la virole et fixée sur celle-ci et une virole externe délimitant une chambre de distribution de l'air de chauffage ou de refroidissement de l'anneau est remarquable en ce qu'il comprend une enceinte dont une paroi est formée par la virole portant la garniture d'étanchéité et dont la paroi opposée comporte des alésages, et des corps tubulaires, une extrémité de chaque corps coopérant avec un alésage de la paroi de l'enceinte et l'autre partie coopérant avec la chambre de distribution. Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple, permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une demi-coupe longitudinale de la partie de turbine présentant une forme de réalisation du dispositif selon l'invention; la figure 2 est une demi-coupe longitudinale du dispositif selon une autre forme de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue en coupe diamétrale d'une portion de turbine montrant l'arrangement. La figure 1 représente une demi-coupe longitudinale de la partie de turboréacteur comportant la turbine. Les aubes 1 2467292 4 sont montées de manière cônnue sur le rotor (non représenté) et sont frappées par le courant de gaz chaud provenant de la chambre de combustion. La turbine est couplée au compresseur qui fournit l'air à la chambre de combustion et aux divers dispositifs de refroidissement du réacteur. En face des aubes mobiles 1 est monté un dispositif de réglage du jeu 2 entre les aubes et l'anneau de turbine. Ce dispositif comporte en allant de l'axe du réacteur à la périphérie: un anneau de turbine constitué d'une virole cylindrique 3 sur laquelle est fixé un matériau 4 susceptible d'être usé au moins partiel- lement par le sommet des aubes lors de dilatations ou de vi- brations accidentelles et qui constitue à proprement parler un anneau d'étanchéité; d'une cloison cylindrique perforée 5; d'une paroi 6 portant des alésages 7; des corps tubulaires 3 et d'une chambre de distribution 9. Les corps tubulaires coopèrent par une extrémité avec la paroi Get l'autre ex- trémité avec la chambre de distribution 9. La cloison perforée 5 partage l'enceinte 10, formée par la virole 3 et la paroi 6, en deux chambres 10A et 1OB. La chambre 10A reçoit l'air de refroidissement ou de réchauffage en provenance de la chambre de distribution 9 et le répartit sur la cloison perforée 5 o il est divisé en jets. Ces jets pénètrent dans la chambre 1OB o ils vont frapper l'arrière de la virole portant le matériau d'étanchéité permettant ainsi un échange thermique rapide et efficace. L'air qui pénètre dans la chambre 1OB est ensuite évacué par des moyens qui seront ultérieurement précisés. Les éléments formant l'enceinte 10 sont soudés en 11 et les bords extérieurs 12 de la virole 3 sont dans des plans per- pendiculaires à l'axe du turboréacteur et coopèrent en glis- sement avec des guides annulaires fixe 13 et démontable 14. Ces guides 13 et 14 assurent le centrage longitudinal de l'anneau. Les ailes 15 et 16 de la virole ont pour but de maintenir la continuité aérodynamique du carter. La chambre de distribution 9 est constituée au moins en partie du carter de turbine 17 sur lequel ont été prévu des ailes 17A et 17B sensiblement parallèles à un plan perpendiculaire à l'axe de la turbine et d'une paroi périphérique 18 fixée sur l'extrémité des ailes. La partie du carter 17 sur laquelle vient en appui le guide 14 comporte un festonnage pour le pas- sage de l'anneau 6 lors du montage. La paroi, formée par le carter 17 et la paroi 18, porte des alésages 19 et 20 coaxiaux servant à la fixation et au guidage des corps tubulaires B. Selon l'exemple de réalisation représenté, le corps tubulaire est fermé par un fond 21 présentant un rebord périphérique 22 qui permet la fixation du corps sur la chambre 9. Le corps 8 porte des ouvertures 23 permettant le passage de l'air. La - partie médiane du corps coopère avec l'alésage 19 prévu dans la paroi de la chambre de manière à pouvoir se déplacer ra- dialement. L'extrémité du corps 8 pénètre dans l'alésage 7 de l'enceinte 10 et constitue un guidage lors des variations di- mensionnelles de l'anneau. Du fait que les alésages se pro- longent en formant des douilles, les surfaces de contact entre les corps creux et les alésages sont relativement importantes et assurent à la fois un bon guidage et permettent une étan- chéité convenable entre les divers éléments, d'o il résulte un contrôle précis des températures. La chambre de distribution 9 est reliée, selon une forme de réalisation représentée, à des conduits d'alimentation 24 d'air de réchauffage et de re- froidissement. Cet air peut être sélectivement-prélevé dans des zones froides ou chaudes et à des pressions faibles ou fortes sur les compresseurs et même directement à l'extérieur du carter. Le débit d'air et sa température peuvent être con- trôlés par un anneau dilatable similaire à celui décrit dans le brevet français n0 2 280 791. Selon la forme de réalisation de la figure 1, l'air pénétrant dans la chambre 1OB s'échappe après impact sur l'anneau 3 par des canaux 25 prévus dans le bord de la virole 3 en aval du- courant de gaz chaud traversant la turbine. Cette disposition nécessite, du fait de la pression régnant dans le courant de gaz, une alimentation en air sous une certaine pression. Cette contrainte peut, dans certains cas, rendre plus délicat le 2467292. contrôle des températures. La réalisation dtun échappement, tel que montré figure 2, permet l'utilisation d'un fluide de refroidissement ou de réchauffage complètement séparé de la veine de gaz d'échappement et dont les caractéristiques de pression et de température sont parfaitement définies. On prévoit dans la paroi perforée-séparant l'enceinte 10 en deux chambres une ouverture 26 dans laquelle vient se loger une buse 27 faisant partie du corps tubulaire d'échappement 28. Ce corps 28 est un tube traversant la chambre de distri- bution 9 par les alésages 19 et 20 et pénétrant dans l'en- ceinte 10 par l'alésage 7-. Il porte à son extrémité coopérant avec l'alésage 20 une collerette 22 qui assure l'étanchéité et permet son raccordement à un conduit d'échappement 29 dont la sortie peut déboucheren n'importe quel point choisi dans la flux secondaire ou à l'atmosphère. La figure 3 montre le disposition des corps tubulaires d'ali- mentation et d'échappement autour de l'anneau de turbine. L'air chaud ou froid, provenant d'un dispositif de contrôle non représenté, arrive par le conduit 24, pénètre dans la chambre de distributioh 9 puis-passe par les orifices 23 du corps tubulaire d'alimentation 8 dans l'enceinte 10A o il est divisé en jets par la cloison perforée 5 pour pénétrer dans la chambre 10B et frapper la virole 3. L'air s'échappe alors tangentiellement de part et d'autre de la zone d"impact jusqu'à la zone d'échappement o il passe par la buse 27 dis- posée dans la cloison perforée et par le corps tubulaire d'é- chappement 29 pour traverser la chambre IOA et la chambre de distribution 9 pour gagner par l'intermédiaire des conduits 29 la zone prévue pour son échappement. L'échappement peut être prévu dans une-zone en dépression ou raccordé à des moyens de mise en dépression, ce qui aurait pour conséquence de faciliter le transfert de l'air de la chambre 10A à la chambre 10B et sa récupération par les buses 27. 2467292-. Le fonctionnement du dispositif de réglage du jeu entre les aubes et l'anneau de turbine est le suivant: pendant l'accé- lération, le disque de turbine, long à s'échauffer, a une faible dilatation tandis que l'anneau de turbine est active- ment refroidi pour compenser le jeu; en régime stabilisé, la dilatation du disque augmente et on compense par la dilata- tion de l'anneau dont le débit d'air de refroidissement est réduit; en décélération, l'anneau se refroidit plus vite que le disque. Pour éviter tout risque de contact entre les aubes et l'anneau, on réchauffe l'anneau, ou plus simplement, dans le cas des petits réacteurs, on arrête le refroidissement de l'anneau. De préférence, dans les exemples de réalisation précédemment décrits, on choisira pour l'anneau un matériau à bas coeffi- cient de dilatation tel que par exemple l'alliage commercia- lisé sous la désignation "Inco 903" ainsi que pour les corps tubulaires. L'anneau étant indépendant du carter auquel il est relié seulement par les corps tubulaires, aura une dila- tation totalement indépendante de celle du carter qui pourra, de ce fait, être réalisé en un matériau moins noble que l'anneau, les corps tubulaires assurant le centrage radial de l'anneau. La liaison chambre de distribution d'air -anneau de turbine par corps tubulaires n'apporte que des fuites très réduites d'o un meilleur contrôle de la régulation thermique. L'échap- pement de l'air de régulation par des corps tubulaires vers le ventilateur statique ou à l'atmosphère permet une alimenta- tion à basse pression et basse température d'o un bon refroi- dissement et une faible perte de performances. Le dispositif selon la deuxième forme de réalisation permet donc d'utiliser facilement, pour le refroidissement, de l'air à basse pression et froid, ou même de l'air prélevé directe- ment à l'extérieur. L'éjection de cet air s'effectue en sta- tique soit dans la veine secondaire, soit dans l'atmosphère, soit dans une zone détendue de l'éjection. REVENDICATIONS DE BREVET 1. Dispositif de réglage du jeu entre les aubes et l'anneau d'une turbine, comportant une virole- interne portant une gar- niture d'étanchéité, une cloison cylindrique perforée entou- rant la virole et fixée sur celle-ci et une virole externe délimitant une chambre de distribution de l'air de chauffage ou de refroidissement de l'anneau, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte dont une paroi est formée par la virole interne portant la garniture d'étanchéité et dont la paroi opposée comporte des alésages, et des corps tubulaires, une 1i0 extrémité de chaque corps coopérant avec un alésage de la paroi de l'enceinte et l'autre partie coopérant avec la chambre de distribution. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de distribution comporte deux séries d'alésages coaxiaux espacés, une première série d'alésages servant à la fixation des corps tubulaires et l'autre série à leur guidage étanche lors des variations de longueur dues à la dilatation thermique. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les alésages sont prévus dans deux parois opposées de la chambre de distribution. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque corps tubulaire porte à une extrémité un fond et un rebord périphérique, ledit rebord coopérant avec la paroi de la chambre pour maintenir le corps tubulaire. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque corps tubulaire comporte dans la paroi traversant la chambre de distribution des ouvertures pour le passage de l'air. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce-que la chambre de distribution est raccordée à un conduit amenant l'air de réchauffage ou de refroidissement. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre formée entre l'anneau et la cloison perforée comporte des passages d'é- chappement de l'air, disposés sur le bord de l'enceinte por- tant l'anneau et en aval par rapport au sens de passage de la veine de gaz de la turbine. S. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant des corps tubulaires pour l'alimentation de la chambre de distribution en air, caractérisé en ce qu'il com- porte en outre des corps tubulaires d'échappement de l'air. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque corps tubulaire d'échappement porte, à l'extrémité dé- bouchant dans l'enceinte, une buse coopérant avec une ouver- ture prévue dans la cloison perforée et à l'extrémité débou- chant à l'extérieur de la chambre de distribution, des moyens de raccordement à un conduit d'échappement. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, carac- térisé en ce que un corps tubulaire sur deux est utilisé pour l'alimentation de la chambre de distribution en;air et l'autre est utilisé pour l'échappement de l'air. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'anneau de turbine est mono- bloc. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'anneau de turbine et les corps tubulaires seuls sont en un matériau à faible coefficient de dilatation.