Brevet FR2580033A1 — publié le 19861010

ANNEAU DE TURBINE A SUSPENSION ELASTIQUE POUR TURBOMACHINE La présente invention concerne un anneau de turbine pour une turbomachinc. On connaît par les brevets FR-A-2 371 575, FR-A 2 540 937, FR-A 2540 938 et FR-A 2540 939 un type d'anneau de turbine comportant un support annulaire de section évidée, fixé à l'intérieur du carter de turbine et un anneau d'étanchéité proprement dit relié par des moyens de fixation au dit support annulaire, cet anneau pouvant être constitué d'un matériau céramique et être garni sur sa face interne d'un revêtement d'usure, appelé couramment "abradable". La présente invention a pour objet un anneau de turbine de ce genre mais vise à obtenir un mode de fixation amélioré et plus particulièrement un moyen de centrage élastique de telle sorte que la suspension de l'anneau ne développe pas en fonctionnement de contraintes excessives tant sur l'anneau que sur ses moyens-de fixation. Ces résultats ne sont pas obtenus de manière totalement satisfaisante par les solutions connues du genre de celles qui ont été relevées ci-dessus. Un anneau de turbine conforme à l'invention est caractérisé en ce que des secteurs métalliques élastiques de forme générale rectangulaire, fixés en leur centre par vis à l'intérieur du support annulaire, sont en appui radial à chacune de leur extrémité par une nervure de direction axiale sur la face radialement externe de l'anneau céramique monobloc. De manière avantageuse, chaque secteur métallique élastique comporte en son milieu une nervure de direction axiale comportant en son centre un passage pour la vis de fixation. Avantageusement également, chaque extrémité de secteur métallique élastique vient se placer en butée circonférentielle contre une nervure de direction axiale disposée sur la face radialement externe de l'anneau céramique monobloc. Les secteurs métalliques élastiques peuvent être montés en précontrainte à l'intérieur du support annulaire. De cette façon, au cours du fonctionnement de la turbomachine qui provoque diverses dilatations ou rétractions en particulier d'origine thermique, des écarts de déplacements radiaux provenant en particulier des différences de coefficients de dilatation thermique très importantes entre un matériau métallique et un matériau céramique peuvent être observés entre l'anneau céramique et le support annulaire métallique sans qu'ils risquent de provoquer des décentrages de l'anneau a d'étanchéité céramique.En effet, le mode de montage et de fixation des secteurs métalliques élastiques permet d'obtenir des débattements maximaux en extrémité des secteurs élastiques qui conservent ainsi leur appui radial centripète sur l'anneau céramique, dans toutes les conditions de fonctionnement de la turbomachine, aussi bien en stabilisé qu'en transitoire. Il permet également en acceptant des écarts de déplacement éventuellement plus importants, de réduire les débits d'air prélevés pour le refroidissement qui sont toujours à l'origine de pertes de rendement. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle, en coupe par un demi-plan axial, d'un carter de turbine, muni d'un anneau conforme à la présente invention, - la figure 2 montre un détail agrandi représentant un secteur métallique élastique selon l'invention, vu selon la direction de la flèche II de la figure 1 - la figure 3 est une vue partielle en coupe suivant la ligne III-ITI de la figure 1. Sur les figures 1 et 3, on a désigné par 1 une partie de carter de turbine entrant dans une turbomachine dont les autres parties qui ne font pas l'objet de la présente invention ne sont pas représentées en détail sur les dessins. Sur une bride radiale 2 du carter 1 est montée une bride radiale 3 d'un support annulaire métallique 4. Ce support annulaire 4 en plus d'une partie cylindrique 4a, comporte une bride radiale 4b dirigée vers l'intérieur et, à son extrémité amont, considéré du point de vue du sens normal de circulation des gaz de la turbomachine, une bride radiale externe 4c. Le support annulaire 4 est complété par un élément annulaire 4d comportant une bride radiale externe 4e fixée, par exemple par boulonnage, sur la bride 4c et une bride radiale interne 4f. Le support annulaire 4 présente ainsi une section évidée constituant une chambre annulaire 5 délimitée par les brides radiales 4b et 4f et par une partie de support cylindrique 4a.Entre les brides radiales 4b et 4f et délimitant une quatrième paroi de la chambre annulaire 5 est fixé un anneau monobloc 6 en matériau céramique.Chaque extrémité interne de bride radiale 4b et 4f comporte une saillie annulaire dirigée du côté de la chambre 5 et respectivement amont 4g et aval 4h qui coopèrent avec des rainures correspondantes, respectivement 6a et 6b, ménagées sur les faces latérales de l'anneau 6. En cas de fissuration en fonctionnement de l'anneau 6, ce mode de montage permet de retenir les fragments de l'anneau et d'éviter les dommages que pourrait provoquer la dissémination de tels fragments en direction de parties tournantes de la turbomachine.De préférence, dans le mode de réalisation de l'invention qui a été pris comme exemple, l'anneau monobloc 6 est constitué d'un matériau du type composite céramique qui comporte une matrice et des fibres de même nature que l'on choisira par exemple selon les applications concernées en carbure de silicium, en carbone ou en alumine, Le choix d'un tel type de composite céramique permet notamment d'obtenir un anneau susceptible de supporter éventuellement des efforts de traction. L'anneau 6 comporte également des nervures de direction axiale disposées sur sa face radialement externe et dont une paire 6c et 6d est représentée à la figure 3. Dans le mode de réalisation représenté, ces nervures sont au nombre de vingt paires. Entre deux nervures 6a et 6b formant une paire est placé un secteur métallique élastique 7 qui est représenté plus en détail selon une autre vue à la figure 2. Ce secteur métallique élastique 7 est de forme générale rectangulaire et comporte au centre une nervure 7a de direction axiale dans laquelle est percé un trou de passage 7b. Chaque extrémité de secteur 7 vue dans le sens circonférentiel comporte sur sa face interne une nervure, respectivement 7c et 7d, de direction axiale et qui vient en appui radial centripète sur la face externe de l'anneau céramique 6. Chaque secteur élastique 7 est fixé au moyen de vis 8 passant par les trous 7b et par des perçages correspondants 4i du support annulaire 4 dans sa partie cylindrique 4a.Les nervures 6a et 6b de l'anneau céramique 6 viennent en butée circonférentielle sur les extrémités des secteurs élastiques 7. La partie cylindrique 4a du support annulaire 4 comporte également une série de perçages 4j par lesquels sont acheminés des jets d'air qui refroidissent par impacts les secteurs élastiques 7. Par ailleurs, ces secteurs élastiques 7 comportent dans la nervure centrale des trous 7e et sur chaque aile des passages, respectivement 7f et 7g, ainsi que des découpes, telles que 7h, sur les bords latéraux de ces ailes, pour permettre un refroidissement par impacts de l'anneau céramique 6. Une alimentation complémentaire de la chambre annulaire en air de refroidissement par circulation est également prévue à partir de l'amont à travers des perçages 4k usinés dans la bride radiale 4b du support annulaire 4.L'évacuation de l'air amené dans la chambre annulaire 5 peut se faire directement en direction de la veine de circulation des gaz de la turbomachine par un jeu établi entre le bord latéral aval de l'anneau céramique 6 et la bride radiale 4f du support annulaire 4. Des joints, respectivement 9 en amont et 10 en aval, du type en oméga assurent l'étanchéité entre l'anneau de turbine et les parties de turbine adjacentes amont et aval. Le montage et la mise en place sur la turbomachine de l'ensemble qui vient d'être décrit peut s'effectuer de la manière suivante. Les secteurs élastiques 7 sont tout d'abord montés et fixés sur la partie cylindrique 4a du support annulaire 4, dans l'exemple représenté aux dessins au moyen de vis Mais d'autres modes de réalisation peuvent prévoir une fixation par rivets ou par soudage ou tout moyen équivalent. Après fixation, la mise au rond des surfaces d'appui des nervures d'extrémité 7c et 7d est assurée par usinage. L'anneau céramique 6 est ensuite présenté sur la saillie annulaire 4h de l'élément annulaire 4d disposé à plat sur un support adapté. La partie amont du support annulaire 4 est alors présenté sur la face amont de l'anneau céramique 6. Les brides radiales respectives 4c et 4e sont alors solidarisées par boulonnage. Une mise à la cote du diamètre interne de l'anneau céramique 6 peut être effectuée et enfin, la bride radiale amont 3 du support annulaire 4 est boulonnée sur la bride radiale 2 du carter de turbine 1. Les vingt secteurs élastiques 7 exercent sur l'anneau céramique 6 quarante forces radiales centripètes F uniformément réparties qui assurent par conséquent le centrage adéquat dudit anneau céramique 6. REVENDICATIONS 1 - Anneau de turbine pour une turbomachine comportant un support annulaire (4) à section évidée fixé à l'intérieur du carter de turbine (1) et un anneau monobloc (6) en un matériau composite céramique abradable caractérisé en ce que des secteurs métalliques élastiques (7) de forme générale rectangulaire, fixés en leur centre par vis ou par tout autre moyen à l'intérieur du support annulaire (4) et en appui radial centripète à chacune de leurs extrémités par une nervure (7c, 7d,) de direction axiale sur la face radialement externe de l'anneau céramique monobloc (6). 2 - Anneau de turbine selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque secteur métallique élastique (7) comporte en son milieu une nervure (7a) de direction axiale comportant en son centre un passage (7b) pour la vis de fixation (8). 3 - Anneau de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que chaque extrémité de secteur métallique élastique (7) vient se placer en butée circonférentielle contre une nervure (6c, 6d) de direction axiale disposée sur la face radialement externe de l'anneau céramique monobloc (6). 4 - Anneau de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les secteurs métalliques élastiques (7) comportent des perçages (7e, ailes ainsi que des découpes (7h) des bords latéraux desdites ailes afin de permettre, à partir de perçages (4j) ménagés sur le support annulaire (4) le passage d'air de refroidissement faisant impact sur l'anneau céramique(6).