Brevet FR2557634A2 — publié le 19850705

FR 2557634 A2 19850705 FR 8320987 A 19831229 DISPOSITIF D'ETANCMBITE D'AMBAGES MOBILES DE TURBOMACHINE Le présent certificat d'addition concerne un dispositif d'étanchéité d'aubages de turbomachines et comporte des perfectionnements au brevet principal dont la demande a été déposée le 3 février 1983 sous le numéro 83.01671. Dans la demande de brevet principal sus-mentionnée 3 les secteurs portant une garniture d'étanchéité sont soumis successivement, pendant une phase transitoire d'accé- le ration mécanique, à un premier asservissement en position radiale par des éléments solidaires d'une virole intérieure, qui se dilate rapidement pendant ladite phase d'accélération mecanique, puis pendant-une deuxième phase postérieure de stabilisation thermique (qui peut durer une dizaine de minutes par exemple à comparer à la durée de cinq à six secondes de la première phase) à un deuxième asservissement se substituant au premier, asservissement en position radiale à un anneau extérieur qui se dilate lentement. Par rapport à l'invention faisant l'objet de la demande de brevet principal, la présente invention comporte des perfectionnements ayant pour objectif d'éliminer certains frottements notamment par suppression de certains joints d'étanchéité, la présente invention étant principalement caractérisée par le fait que des moyens sont prevus pour qu'en depit de cette suppression de joints les débits de fuite vers la veine de gaz chauds soient très faibles, au bénéfice du rendement de la turbomachine. rans un mode de realisation desdits perectionnemefts, la virole intérieure (voir demande de brevet principal et figure 1 du présent certificat d'addition) est asservie, comme dans la demande de brevet principal à des éléments élastiques solidaires de la virole intérieure. Dans cette variante les secteurs ne comportent pas de joints d'étan chéité amont et aval. Pour assurer le coulissement radial sans frottement desdits secteurs portant la garniture d'étanchéité, il y a au contraire un jeu longitudinal j en amont et j' en aval des secteurs par rapport aux brides radiales correspondantes de la structure à l'amont et a l'aval du dispositif d'étanchéité.Malgré ce jeu, le débit de fuite vers la veine de la turbomachine est très réduit et presque negligeable, grâce à au moins un dispositif réducteur - régulateur de la pression de ventilation qui établit, extérieurement aux secteurs, une pression toujours supérieure, mais très faiblement supérieure à la pression statique à la paroi de la veine, pression qui s'exerce dans la position longitudinale où existent ces jeux j et j' respectivement en amont et en aval à l'extérieur des secteurs portant la garniture d'étanchéité. Le dispositif d'étanchéité d'aubages mobiles de turbomachine est ainsi caractérisé en ce qu'au moins un réducteurrégulateur de pression est placé entre la canalisation de prélèvement d'air au compresseur et un tuyau débouchant dans un trou du carter de turbine et comporte une entrée reliée par une canalisation à une prise de pression située dans la partie aval de plateforme extérieure d'un distributeur placé en amont de l'aubage mobile de telle sorte qu'une pression toujours très faiblement supérieure à la pression statique à la paroi de la veine de circulation des gaz de la turbomachine est établie du côté radialement extérieur des secteurs portant les garnitures d'étanchéité. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe analogue à celle de la figure 1 de la demande de brevet principal comportant, selon la présente invention, au moins un réducteur régulateur de pression représenté schématiquement - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 2 de la demande de brevet principal montrant notamment les éléments modifiés par rapport à cette précédente demande - la figure 3 est une coupe analogue à la figure 3 de la demande de brevet principal montrant la ventilation modifiée par la présente invention - la figure 4 est une coupe simplifiée d'un réducteur régulateur de pression conforme à l'invention. Pour la figure 1 - les joints 94 amont et aval de la demande de brevet principal sont supprimés ; - il y a un jeu, respectivement j et j', appréciable entre les faces amont (respectivement aval) des sec teurs 84 portant les garnitures d'étanchéité 86 et les brides radiales 52 (respectivement 73) et préferable- ment, le jeu en amont est un peu plus grand qu'à l'aval (par exemple 0,3 mm à l'amont et 0,1 inm à l'aval) - il y a au moins une prise de pression statique de paroi 120, dans la partie aval de la plateforme extérieure du distributeur en amont de la roue mobile, prise(s) de pression qui est (sont) raccordée(s) par une canalisa- tion 122 à une "entrée" d'un réducteur-régulateur de pression 124 qui sera décrit plus loin - ce réducteur-régulateur est relié a un étage aval du compresséur par une canalisation 126 et à l'en ceinte 102 (voir figure 3) par une canalisation 128 - la virole 46 comporte vers l'aval préférentiellement des accélérateurs d'échange sous forme d'ailettes 130 (voir aussi figure 2) à tout le moins sur leur face extérieure, plutôt que sous forme de multitrous tels que 104, plus nombreux au contraire dans la partie antérieure de ladite virole 46 - sur les languettes de solidarisation 64 sont fixés vers l'intérieur par un moyen connu (soudage ou brasage) des éléments en forme de cornière 132 (voir aussi figure 2), se recouvrant avec jeu entre eux, en vue de créer une perte de charge entre enceinte amont 134 et l'enceinte arrière 136, comprises entre respectivement les éléments de structure 48, 50 ou les secteurs 84 et la virole 46 pour l'enceinte 134 et les éléments de structure 58, 70 et la partie cy lindrique aval 66 de la virole 44 pour l'enceinte 136; ; bien entendu, ces eléments en forme de cornière 132 laissent également du jeu avec les secteurs 84, et leur longueur radiale est telle que ce jeu s'annule pratiquement lorsque la distance entre secteurs 84 et virole 44 est la plus faible (fin de décélération mécanique comme cela sera expliqué ultérieurement) - enfin, les trous 110 sont agrandis et/ou augmentés en nombre et les trous 116 sont réduits en section et/ou en nombre en vue d'égaliser les pressions lorsque les débits suivant les flèches F' et H se réunissent, et en vue d'un abaissement de la,pression dans l'enceinte 136. Il est à remarquer qu'avec cette disposition, au plein gaz stabilisé, le jeu radial entre les secteurs 84 et le bord interne des éléments en cornière 132 est plus petit que dans les conditions de régime partiel stabilisé, ce qui augmente la perte de charge entre les enceintes 134 et 136 lorsque le moteur est à forte charge. Cela correspond au sens de variation de la pression dans la veine, puisque la chute de pression dans la roue mobile est d'autant plus grande que la charge du moteur est plus grande, bien que cet effet favorable soit partiellement compensé par le débit de fuite pouvant exister entre les éléments de cornière 132 et les éléments élastiques 72, 74 lorsque ceuxci sont déplacés vers l'extérieur au cours des phases où le deuxième asservissement entre en action. Pour la figure 3 on se reportera à la description qui en est donnée dans la demande de brevet principal, les différences par rapport à la ventilation de la demande de brevet principal étant expliquées ci-dessous. Le débit d'air de ventilation provenant d'un étage aval de compresseur, par l'intermédiaire du réducteur-régulateur de pression 124, ayant traversé la virole 46, par les trous 104 débouchant dans l'enceinte 134, est en partie envoyé par le jeu j en amont des secteurs portant la garniture d'étanchéité suivant la flèche K. Comme il sera expliqué plus loin, le réducteur-régulateur de pression 124 assure dans l'enceinte 134 une surpression extrêmement réduite par rapport a la pression statique a la paroi, mesurée par la prise de pression 120. De ce fait, le débit selon la flèche K par le jeu j est réduit au minimum. Une autre partie du débit arrivant dans l'enceinte 134 contourne les éléments en corniere 132, soit par le jeu faible entre chaque cornière 132 et ses voisines (flèche L,voir aussi figure 2) soit par le jeu entre les cornières 132 et les secteurs portant la garniture d'étanchéité (flèche M), soit meme dans certains cas par le jeu entre les cornières 132 et les éléments élastiques 72 et 74. Du fait de ces contournements et de la faiblesse de ces jeux, le débit d'air arrivant dans l'enceinte 136 est à une pression inférieure à celle existant dans l'enceinte 134. Une partie de ce débit passe par la fente j' suivant la flèche N, l'autre partie suivant le circuit décrit dans le brevet de base (flèches F et F'). Sur la figure 4 est représenté un réducteur-régulateur de pression 124. I1 comporte un carter 138 muni d'un bossage 140 (sur la face à gauche de la figure) raccordé à la prise de pression statique de paroi 120 par la canalisation 122 (voir figure 1). I1 comporte en outre un bossage 142 d'arrivée d'air prélevé à un étage aval de compresseur par la canalisation 126 (voir figure 1), par exemple le dernier, et un épanouissement local 144, terminé par un bossage 146, délivrant l'air à pression réduite et régulée par l'intermédiaire d'une canalisation 128 (voir figure 1) å l'en- ceinte 102. A l'intérieur du réducteur-régulateur 124 est fixée, par un moyen connu non représenté, une chemise 148 qui comporte en regard du bossage 142 un trou 150 communiquant avec une enceinte annulaire 152 autour du tiroir 154 dont la fonction sera décrite plus loin. La chemise 148 comporte au droit de l'épanouissement local 144 une fente 156 destinée à réguler la pression alimentant l'enceinte-102. Le tiroir 154 comporte à ses deux extrémités des portées cylindriques 155 coopérant avec la partie interne de la chemise 148 par exemple par des segments ou des joints carbone 158. De plus, un trou oblique 160 met en communication l'enceinte annulaire 152 avec l'enceinte 162 du réducteur-régulateur à l'opposé du bossage 140.Le carter 138 est fermé par un couvercle 164, fixé par un moyen connu (par exemple par vissage) sur le carter 138, l'étanchéité entre carter 138 et couvercle 164 étant assurée par un joint 166. Du fait du trou 160, la pression régnant en 162 du côté droit du tiroir sur la figure est égale à la pression prélevée à un étage aval de compresseur, par exemple le dernier. Elle est donc plus forte que la pression régnant dans l'enceinte 168 du côté de l'arrivée de pression statique de paroi 120 par la canalisation 122 raccordée au bossage 140. En effet, la pression statique à la paroi en aval du distributeur correspond à la pression aval du compresseur, diminuée de la perte de charge dans la chambre et à la chute de pression statique dans le distributeur amont de la roue mobile (voire aux pertes de pression de un ou plusieurs étages de turbine en amont si le dispositif est employé pour une des roues BP de la turbine).La force s'exerçant sur le tiroir 154 vers la gauche égale à la différence de pression entre les enceintes 162 et 168 multipliée par la section interne de la chemise est équilibrée par un ressort 170. Le fonctionnement du réducteur-régulateur est le suivant. Pour des conditions de fonctionnement déterminées (charge du moteur, altitude, vitesse de vol, etc...), on détermine les différents paramètres et notamment les dimensions du réducteur-régulateur 124, les dimensions de la fente 156, le diamètre et le nombre de spires du ressort 170, et la perte de charge dans les multitrous 104 pour que la pression régnant dans l'enceinte 134 soit très légèrement supérieure à la pression statique S la paroi à l'amont de la roue mobile. In calcul correspondant dépend évidemment de chaque turbomachine et est à la portée de l'homme du métier.Si les conditions de fonctionnement (charge du moteur, altitude, vitesse de vol, etc...) changent, par exemple provoquant une augmentation de pression statique à la paroi à l'amont de la roue mobile, la pression prélevée au compresseur est généralement elle-même augmentée, ce qui va dans le bon sens. On supposera dans ce qui suit que cette augmentation de pression est insuffisante pour compenser complètement, compte tenu des pertes de charge dans les multitrous 104, l'augmentation de pression à la paroi de la veine de gaz chauds à l'amont de la roue mobile, ce qui est généralement le cas (dans le cas contraire, plusieurs moyens peuvent être employés : diaphragme sur la canalisation 126, changement de l'étage de prélèvement, modification du réducteur-régulateur, notam- ment de la position de sa fente).Dans ces conditions, le réducteur-régulateur permettra d'ajuster la pression dans l'enceinte 134 par le mécanisme suivant : l'augmentation de pression statique à la paroi à l'amont de la roue mobile est détectée par la prise de pression statique à la paroi 120, et est envoyée sur la face gauche (sur la figure 4) du tiroir 154 du réducteur-régulateur 124. De ce fait, le tiroir 154 se déplacera vers la droite, découvrant une section supplémentaire de la fente 156 de la chemise 148. La perte de charge dans cette fente diminuera du fait de l'augmentation de section de passage et il s'ensuivra une augmentation de pression dans l'enceinte 102 qui se répercutera après déduction des pertes de charge par les multitrous 104, dans l'enceinte 134. En jouant sur la forme de la fente 156, la pression dans l'enceinte 134 "suivra" la pression 120, c'est-à-dire qu'elle restera toujours supérieure, mais d'une quantité faible à la pression statique mesurée par la prise de pression 120. l'a aussi c'est le savoir-faire de l'homme de métier qui permettra de donner à la fente 156 la forme permettant d'assurer que la pression dans l'enceinte 134 "suit" au plus prés la pression à la paroi de la veine des gaz chauds, mais en restant toujours légèrement supérieure à la pression à la paroi de la veine. Comme évoqué plus haut, la chute de pression qui se produit au cours du contournement des éléments en cornière 132 a pour conséquence que la pression dans l'enceinte 136 est plus faible que la pression dans l'enceinte 134. Cette chute de pression est dans le bon sens pour assurer dans l'enceinte 134 une pression pas trop supérieure à la pression dans la veine en aval de la roue de turbine. Toutefois, la chute de pression dans la veine est généralement supérieure à la chute de pression entre l'enceinte 134 et l'enceinte 136. C'est pour cette raison qu'il est préférable d'avoir un jeu j' vers l'aval positif mais inférieur au jeu j. C'est pour augmenter la chute de pression entre enceinte 134 et enceinte 136 que, comme il est dit plus haut, les trous 110 sont dans cette version augmentés en nombre et/ou en section par rapport aux trous 110 du brevet de base. Ceci conduit, si l'on veut rassembler les débits suivant les flèches F' et H, par exemple pour servir au refroidissement d'un distributeur basse-pression aval, à diminuer en nombre et/ou en section les trous 116, afin d'égaliser les pressions dans l'enceinte 118 à un niveau plus bas, pratiquement egal à celui règnant dans l'enceinte 136, ceci afin de diminuer le débit suivant flèche N, passant par le jeu j'. On ne sortirait pas, bien entendu, du cadre de la présente invention en employant deux réducteursurégulateurs 124, l'un alimentant l'espace amont 134, via l'enceinte 102, l'autre alimentant l'espace aval 136 (par (par canalisation non représentée analogue à la canalisation 128 mais débouchant directement dans l'enceinte 136), ce dernier réducteur-régulateur étant gouverné grâce à une canalisation analogue à la canalisation 122 par une prise de pression statique de paroi non représentée, analogue à la prise de paroi 120, et montée à l'avant de la plateforme extérieure du distributeur aval 107 de la roue de turbine. On ne sortirait pas non plus du cadre de la présente invention en employant un seul réducteur-régulateur 124, mais celuici comportant deux fentes 156, décalées périphériquement avec, bien entendu, un épanouissement local 144 et un bossage de raccordement 146 en regard de chaque fente, le premier bossage de raccordement 146 alimentant l'enceinte 134 via l'enceinte 102 et les multitrous 104, le deuxième alimentant directement l'enceinte 136, par une canalisation non représentée, la section efficace de la fente alimentant 11 enceinte 136 étant, pour chaque position du tiroir, plus faible que celle de la fente alimentant l'enceinte 102, en vue de tenir compte de la chute de pression statique dans la veine de gaz chauds, au passage de la roue mobile. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité d'aubages mobiles de turbomachine, du type comportant conformément à la demande de brevet principal des secteurs portant une garniture d'étanchéité en matériau susceptible de s'user en cas de contact des extrémités d'aubes et de cette garniture, lesdits secteurs (84) étant soumis, diune part, pendant une phase transitoire d'accélération mécanique de la turbomachine, à un premier asservissement en position radiale par des éléments de liaison (76, 78, 80, 82, 92) à des éléments élastiques (72, 74) solidaires d'une virole intérieure (44) qui se dilate d'une façon homogène pendant ladite phase d'accélération mécanique par l'effet de la ventilation sur toute sa longueur et sa périphérie par de l'air prélevé à un étage aval de compresseur, et lesdits secteurs (84) étant soumis, d'autre part, pendant une phase de stabilisation thermique de la turbomachine succédant à la phase d'accélération mécanique, à un deuxième asservissement se substituant au premier, asservissement en position radiale par des crochets (34, 32) en appui sur les éléments élastiques (72, 74)à un anneau extérieur (20) qui se dilate d'une façon homogène pendant ladite phase de stabilisation thermique également par l'effet de la ventilation sur toute sa longueur et sa périphérie par de l'air prélevé à un étage aval de compresseur, amené par une multiplicité de tuyaux débouchant dans des trous (100) percés dans le carter de turbine, caractérisé en ce qu'au moins un réducteur-régulateur de pression (124) est placé entre la canalisation (126) de prélèvement d'air au compresseur et un tuyau (128) débouchant dans un trou (100) du carter de turbine et comporte une entrée reliée par une canalisation (122) à une prise de pression (120) située dans la partie aval de plateforme extérieure d'un distributeur (100) placé en amont de 1'aubade mobile de telle sorte qu'une pression toujours très faiblement supérieure à la pression statique à la paroi de la veine de circulation des gaz de la turbomachine est établie du côté radialement extérieur des secteurs (84) portant les garnitures d'étanchéité (86). 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réducteur-régulateur de pression (124) se compose : - d'un carter (138) fermé par un couvercle (164) et doublé par une chemise interne (148) comportant une fente (156) en face de la sortie du réducteur régulateur (124) ; - d'un tiroir (154) chargé par un ressort (170) et ménageant entre ses deux extrémités (155) coopérant avec la chemise (148) une enceinte annulaire (152) qui communique par un trou oblique (160) avec 1'en- ceinte fermée (162) du réducteur-régulateur (124). 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1 dans lequel, conformément à la demande de brevet principal, les éléments de liaison entre les secteurs (84) et les éléments élastiques (72, 74) sont constitués en amont et en aval par des bords tombés (92) des secteurs (84) insérés dans des crochets (76, 78, 80, 82) des éléments élastiques (72, 74) et ladite virole intérieure (44) est en deux parties respectivement amont et aval, liées par des bords tombés (58, 62) de languettes de solidarisation (56, 64) solidaires respectivement des parties monolithiques amont (46) et aval (66) de la virole (44), lesdites languettes de solidarisation (56, 64) étant régulièrement réparties sur la périphérie et espacées entre elles, caractérise en ce que des éléments en forme de cornière (132) se recou vrant entre-eux avec jeu sont fixees vers l'intérieur sur les languettes de liaison (64). 4. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux réducteurs-régulateurs de pression (124) alimentent respectivement, le premier, un espace amont (134) situé du côté radialement intérieur de la virole intérieure (44) en amont et au droit des secteurs 5. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le réducteur-régulateur de pression (124) se compose - d'un carter (138) fermé par un couvercle (164) et doublé par une chemise interne (148) comportant deux fentes (156) décalées périphériquement cor respondant chacune à une sortie du réducteur régulateur (124), la première sortie étant reliée à un espace amont (134) situé du côté radialement intérieur de la virole intérieure (44) en amont et au droit des secteurs (84) et la seconde sortie étant reliée à un espace aval (136) située en aval des secteurs (84) entre les deux viroles (66, 70) radialement décalées appartenant à la virole inté rieure (44), - d'un tiroir (154) chargé par un ressort (170) ména geant entre ses deux extrémités (155) coopérant avec la chemise (148) une enceinte annulaire (152) qui com munique par un trou oblique (160) avec l'enceinte fer mée (162) du réducteur-régulateur (124), la section efficace de la première fente (156) correspondant à la première sortie étant toujours plus forte que la section efficace de la seconde fente (156) correspondant à la deuxième sortie du réducteur-régulateur (124).