Brevet FR2552165A1 — publié le 19850322

"Installation pour le blocage axial et périphérique de composants de carter statiques de machines à fluide ". L'invention concerne une installation pour le blocage axial et périphérique, statique, de composants de structure qui s'appuient l'un contre l'autre concentriquement au moins le long de surfaces périphériques partielles dans des machines à fluide, notamment des turbines à gaz, au moins un élément de blocage cylindri10 que étant logé entre des cavités alignées l'une par rapport à l'autre dans la direction axiale et appartenant à des composants de structure, correspondants. Dans le cadre des structure connues, on rencontre toujours des difficultés relativement importan15 tes par exemple au niveau des composants de structure interne tels que les enveloppes de compresseur et de turbine, du fait de la construction annulaire ou sous forme de segments, pour les anneaux intérieurs ou les segments formant les supports de joints et/ou d'aubes directrices, 20 dans un carter de compresseur ou de turbine, s'il faut ne pas gêner notablement le montage et assurer la sécurité nécessaire de fonctionnement. Les moyens de blocage connus jusqu'à présent se composent essentiellement de parties fraisées 25 dans un composant et de goujons ou encore de pattes fraisées ou soudées sur la pièce correspondante Un blocage axial se fait souvent par basculement de parties de segment, statiques, et venues en prise par l'arrière sur des entretoises du carter D'autres moyens de blocage axial sont réalisés par un vissage direct (axialement ou radialement dans le carter) par des éléments élastiques en forme de segments de piston ou des fentes et des grif5 fes bloquant la rotation des composants l'un par rapport à l'autre (verrouillage de type baiïonnette). Les installations ou moyens de blocage mentionnés ont en commun d'entra Iner des frais de montage relativement élevés et de présenter un encombrement im10 portant. Les blocages par vis, mentionnés, nécessitent en outre des démontages partiels relativement importants au niveau de la structure du carter extérieur. Les accrochages de composants ci-dessus, 15 par basculement, ne peuvent s'utiliser que dans des applications très limitées du fait des aubes directrices et des joints, déjà montés au préalable, et à cause des composants de turbine, montés par ailleurs. A côté du coût de montage relativement 20 élevé, la réalisation relativement complexe notamment d'éléments à ressort en forme de segments de piston, cidessus, et les systèmes de liaison de type baïonnette, seraient intéressants, mais ile correspondent à une fabrication relativement coûteuse. Pour les blocages par goujons, ci-dessus, on a en outre le risque d'une déformation plastique et par suite d'une augmentation conséquente du jeu. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et se propose 30 de créer un moyen de blocage de composants qui assure une sécurité de fonctionnement optimale tout enpermettant un montage très simple. A cet effet, l'invention concerne une installation du type ci-dessus, caractérisée en ce que l'élé35 ment de blocage cylindrique est découpé pour former un secteur de disque, en saillie, latéralement, à symétrie de rotation, transversalement à l'axe longitudinal, et pour former un secteur cylindrique en saillie, en gradin, par rapport au secteur à disque, parallèlement à l'axe longitudinal, et remplissant des cavités d'un premier composant et d'un second composant, après avoir été logé dans la cavité du second composant, puis être déplacé vers le fond de la cavité du premier composant, puis être tourné avec le secteur cylindrique, d'environ 180 dans 10 un logement correspondant de la cavité du second composant. Vis-à-vis des solutions connues, la solution de l'invention offre notamment les avantages suivants: a) il est possible de faire un montage purement axial des 15 différents segments ou d'un anneau complet Cela permet d'utiliser des éléments d'étanchéité d'intervalle, qui coopèrent Des moyens d'étanchéité en labyrinthe, déjà montés, ne gênent pas le montage (tels que par exemple comme conséquence d'un basculement nécessaire des seg20 ments). b) Le blocage axial et périphérique combiné à l'aide seulement d'une pièce (élément de blocage). c) La répartition avantageuse des efforts exercés dans des diamètres que l'on peut choisir relativement grands 25 pour l'élément de blocage (dans le cas de petits gou jons, il y a souvent des pressions linéaires élevées et une augmentation du jeu par déformation plastique). d) Un traitement simple et un montage avec détrompage grâce à la forme particulière. e) Une réalisation avantageuse sur le plan du coût du fait de la construction relativement peu complexe. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective 35 d'un segment partiel d'un carter de turbine montrant les détails de l'installation. la figure 2 est une vue en perspective de l'élément de blocage. la figure 3 est une vue en perspective 5 d'un composant de structure interne réalisé sous la forme d'un support de joint et qu'il faut relier à la partie de carter selon la figure 2, ainsi que d'autres détails de l'installation de blocage. les figures 4, 5 et 6 montrent une pre10 mière succession d'opérations de montage pour le blocage des composants en utilisant un moyen de blocage axial supplémentaire sur la partie suivante de stator de la turbine. (figure 6). les figures 7, 8 et 9 représentent une 15 seconde suite d'opérations de montage pour le blocage des composants en tenant compte de composants déjà montés avec mise en position de repos (figure 7) (composants de structure internes déjà mis en place) et, la figure 10 est une coupe longitudinale 20 partielle d'une turbine explicitant l'application de l'invention dans deux plans transversaux distants axialement sur la turbine. Après alignement axial de deux cavités cylindriques associées A et B, l'élément de blocage 1, 25 cylindrique vient se loger dans ces cavités entre un premier composant 2 et un second composant 3, après avoir été introduit au préalable dans la cavité B du second composant 3 (figures 4 et 7); puis, on déplace cet élément vers le fond de la cavité du premier composant 2 30 (figures 5 et 8); puis à l'aide du segment 4 en forme de secteur de cylindre, en saillie, parallèlement à l'axe de rotation, on fait tourner l'élément d'environ 180 dans un logement 5 correspondant de la cavité B du second composant 3 (figure 6) Le composant 3 est par exemple une partie de carter extérieure d'une turbine; le compo- sant 2 est par exemple un support de Joint d'aubes intérieur. La surface intérieure 6 qui forme un gradin (figure 2) sur le segment 4 en forme de secteur de cylindre de l'élément de blocage 1 devient parallèle plan à la paroi périphérique 7 d'un segment de paroi Wl en saillie parallèlement à l'axe de rotation et en faisant partie du second composant 3, lorsque la surface intérieure 6 est en position tournée dans le logement 5 (fig 1). 10 Le bord inférieur de la surface intérieure 6 de l'élément de blocage 1 rejoint la surface transversale du secteur en forme de disque annulaire 7 ' (figure 2). Comme cela découle notamment de la figure 1, la cavité B du second composant 3 comporte un passage 15 8 aligné coaxialement sur le logement 5 Le passage 8 se poursuit dans un autre segment de paroi W 2 du second composant 3, en saillie, à angle droit par rapport au segment de paroi Wl parallèle à l'axe En combinaison avec la cavité A du premier composant 2, le passage 8 fournit une profondeur de montage correspondant à la hauteur de montage d'ensemble de l'élément de blocage 1 (rotation et blocage) ainsi qu'une profondeur de montage correspondant à l'épaisseur de paroi du secteur en forme d'anneau de cercle 7 ' de l'élément de blocage 1 (position de verrouillage, par 25 exemple figure 6). Selon la figure 4, l'élément de blocage 1 peut être introduit de l'intérieur en passant par le passage 8 initialement libre dans la cavité B du second composant-3 et être ainsi poussé par la surface transversale 30 du secteur de disque annulaire 7 ' contre le fond de la cavité 5. Dès que le composant 2 est introduit et cela de façon que les cavités A et B soient alignées l'une sur l'autre en concordance, on peut pousser l'élément de 35 blocage 1 vers l'intérieur contre le fond de la cavité A (figure 5) Puis par rotation de 180 , l'élément de blocage 1 arrive dans la position de verrouillage ou de blocage selon la figure 6. Dans la succession des opérations de mon5 tage selon les figures 7, 8, et 9, on part du fait que dès l'état initial (figure 7) les composants 2 et 3 sont superposés de façon que leurs cavité A, B soient alignées en concordance Dans l'ordre, on introduit d'abord l'élément de blocage 1 de l'extérieur, par une poussée trans10 versale d'une partie de son secteur de disque annulaire 7 ' dans le logement 5 du second composant 3 (figure 7); puis, on déplace dans la direction axiale en direction du fond de la cavité du premier composant 2 (figure 8) et ensuite on tourne de 180 pour arriver dans la position de 15 verrouillage (figure 9). Comme cela apparaît aux figures 6 et 10, chaque paire de composants 2, 3 peut être suivie par une partie de structure interne ou de stator 9 qui maintient cette paire réunie dans la direction radiale et qui en20 toure à la manière d'une fourche, les extrémités voisines des composants 2, 3 et s'appuie ainsi au moins partiellement sur la surface transversale du secteur 7 ' en forme de disque annulaire de l'élément de blocage 1. Dans les exemples de réalisation selon 25 les figures 1 à 10, il faut tout d'abord partir du fait que l'on a toujours plusieurs éléments de fixation 1 répartis de préférence de la même manière dans la direction périphérique, et qui sont associés à un plan commun transversal de la turbine Selon l'exemple de réalisation 30 de la figure 10, on peut réunir ou étendre de façon quelconque selon les critères de fonctionnement, souhaités, par exemple les composants de structure extérieur et intérieur en fonction du nombre d'étages et de la longueur. Ainsi, selon la figure 10, les éléments de blocage 1 ainsi que les cavités correspondantes A, B sont prévus dans des plans transversaux écartés axialement, dans la turbine axiale correspondante. Le premier composant 2 appartenant à l'enveloppe interne de la turbine fonctionne entre autres comme support pour les éléments d'étanchéité périphériques 10, ll par rapport aux pointes des bandes de recouvrement des aubes du rotor de la turbine 12, 13 Comme le montre en outre la figure 10 à la référence 9, le premier composant peut chaque fois également être réalisé de façon 10 que sur un premier côté il fasse partie du blocage axial et périphérique pour l'élément de blocage 1 associé au premier plan transversal de la turbinealors que de l'autre côté comme cela apparait entre autres à la figure 6, le blocage axial des composants est assuré par un jeu voisin d'éléments de blocage 1 situés dans un second plan transversal de la turbine Le composant de stator 9 ou le premier composant respectif peut dans ce cas être réalisé non seulement comme support de joint 10 ', 11 ' mais également support d'aubes directrices 14 entre deux gril20 les d'aubes voisines de la turbine Le premier composant 2 selon la figure 10 peut du reste être réalisé comme le composant de stator 9 déjà mentionné Cette construction indiquée à la figure 10 peut également s'utiliser avantageusement de façon correspondante dans les compresseurs 25 axiaux de turbines à gaz. La figure 10 montre en outre que par exemple les composants de structure de carter externe et interne, préfabriqués même dans le cas de turbines à plusieurs étages, peuvent se monter et se démonter extrême30 ment rapidement et par suite de façon économique Cet avantage est en outre accentué du fait que chaque élément de sécurité 1 (figure 2) comporte une cavité de rotation accessible de l'extérieur disposée de façon centrale et ayant plusieurs arêtes, pour permettre de tourner l'élément de blocage De cette façon, l'élément de blo- cage 1 peut par exemple être tourné facilement en position de travail ou être de nouveau tourné en sens inverse pour le démontage, en utilisant une clé Selon l'invention, le premier composant 5 2 peut être formé de plusieurs segments juxtaposés dans la direction périphérique et à chaque composant de segment, on peut alors associer avantageusement un moyen de fixation ou un élément de blocage 1. Pour faciliter encore plus le montage, 10 on peut en outre prévoir des moyens de centrage et de butée 15 sur l'un des composants 2, 3 par exemple le composant 3, en utilisant un seul moyen de blocage (figure 9). En outre, le composant de stator 9 peut 15 former avec son extrémité qui déborde par rapport à la surface transversale du secteur 9 ' en forme de disque annulaire, un moyen de blocage en rotation pour le segment 4 de l'élément de blocage 1 mis en place (figure 6). R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1 ) Installation pour le blocage axial et périphérique, statique, de composants de structure qui s'appuient l'un contre l'autre concentriquement au moins le long de surfaces périphériques partielles dans des machines à fluide, notamment des turbines à gaz, au moins un élément de blocage cylindrique étant logé entre des cavités alignées l'une par rapport à l'autre dans la direction axiale et appartenant à des composants 10 de structure, correspondants, installation caractérisée en ce que l'élément de blocage cylindrique ( 1) est découpé pour former un secteur de disque ( 7 '), en saillie, latéralement, à symétrie de rotation, transversalement à l'axe longitudinal, et pour former un secteur cylindrique 15 ( 4) en saillie, en gradin, par rapport au secteur à disque, parallèlement à l'axe longitudinal, et remplissant des cavités (A, B) d'un premier composant ( 2) et d'un second composant ( 3), après avoir été logé dans la cavité (B) du second composant ( 3), puis etre déplacé vers le 20 fond de la cavité du premier composant ( 2), puis être tourné avec le secteur cylindrique ( 4), d'environ 180 dans un logement correspondant ( 5) de la cavité (B) du second composant ( 3). 2 ) Installation selon la revendication 25 1, caractérisée en ce que la surface intérieure ( 6) du secteur cylindrique ( 4) de l'élément de blocage ( 1) qui forme une partie en gradin, est, lorsqu'il est tourné dans le logement ( 5), parallèle plan à la paroi périphérique ( 7) d'un segment de paroi (W 1) en saillie, parallè30 lement à l'axe de rotation et faisant partie du second composant ( 3), son bord inférieur rejoignant la surface transversale du secteur de disque ( 7 '). 3 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la cavité 35 (B) du second composant ( 3) donne un passage ( 8) aligné coaxialement avec le logement ( 5), et qui se poursuit à l'intérieur d'un segment de paroi (W 2) du second composant ( 3), segment qui est en saillie à angle droit par rapport au segment de paroi (Wl) parallèle à l'axe de rotation, et qui, avec l'autre cavité (A) du premier composant ( 2), fournit une profondeur de montage correspondant à la hauteur totale de l'élément de blocage ( 1) (rotation et blocage) ainsi qu'une profondeur de montage déterminée en fonction de l'épaisseur de la paroi du secteur de disque ( 7 ') de l'élément de blocage ( 1) (position de verrouillage). 4 ) Installation selon les revendications 1 et 3, caractérisée en ce que l'élément de blocage ( 1) se met en place à partir de l'intérieur à travers le pas15 sage ( 8), initialement libre, parallèlement à l'axe, dans la cavité (B) du second composant ( 3) et peut ainsi se pousser avec la surface transversale du secteur de disque ( 7 ') contre le fond de la cavité. ) Installation selon l'une quelconque 20 des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'élément de blocage ( 1) peut être mis en place à partir de l'extérieur par introduction transversale d'une partie de son secteur de disque ( 7 ') dans le logement ( 5) du second composant ( 3), puis dans le cas d'un premier composant ( 2) déjà monté, l'élément peut être déplacé vers le fond de la cavité de ce composant. 6 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque fois le premier composant ( 2) est une partie de structure 30 intérieure d'un compresseur ou d'une turbine, et le second composant ( 3) est chaque fois une partie de carter extérieure d'un compresseur ou d'une turbine. 7 ) Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le premier composant ( 9) est 35 un support d'aubes directrices et/ou de joints (joints tl ', 11 'il). 8 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que chaque paire de composants ( 2, 3) est suivie par un composant 5 de structure interne de stator ( 9), réunissant radialement ces deux composants, le composant ( 9) entourant à la manière d'une fourche les extrémités voisines des composants ( 2, 3) et reposant ainsi au moins partiellement sur la surface transversale du secteur de disque 10 ( 7 '). 9 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la partie de stator ( 9) assure en même temps toutes les fonctions du premier composant ci-dessus notamment en tenant 15 compte de l'adaptation des composants de carter à effectuer dans des plans transversaux de compresseur ou de turbine, distants axialement, ainsi que le blocage dans des compresseurs axiaux ou des turbines à plusieurs étages. 10 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'élément de blocage ( 1) comporte une cavité de rotation ( 15) accessible de l'extérieur, disposée centralement et à plusieurs arêtes, pour son entraînement en rotation. 11 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le premier composant ( 2) est l'un des multiples segments juxtaposés dans la direction périphérique et chaque composant comporte une installation de blocage ou un élément 30 de blocage ( 1). 12 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que, notamment lors de l'utilisation d'une seule installation de blocage, il est prévu des moyens de centrage et de butée 35 réciproques ( 15) sur l'un ( 3) des deux composants ( 2, 3). 13 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le composant de stator ( 9) forme avec son extrémité débordant par rapport à la surface transversale du secteur de disque ( 7 '), un blocage en rotation pour le segment ( 4) de l'élément de blocage ( 1) mis en place.