Brevet FR2577992A1 — publié le 19860829

L'invention concerne de manière générale les tur- bomachines et, particulièrement, des moyens de raidissement de structures annulaires à l'intérieur d'une turbomachine. Les moteurs à turbine à gaz comportent générale- ment un générateur de gaz comprenant une section de compres- seur avec un ou plusieurs compresseurs pour comprimer l'air s'écoulant à travers le moteur; une chambre de combustion dans laquelle le combustible est mélangé avec l'air comprimé et enflammé pour former un courant de gaz d'énergie élevée, et une section de turbine qui comprend un ou plusieurs ro- tors pour entrainer le ou les compresseurs. De nombreux mo- teurs comportent en outre une turbine supplémentaire connue sous le nom de turbine de travail, située à l'arrière du générateur de gaz qui extrait l'énergie du gaz s'écoulant hors du générateur de gaz pour entrainer un dispositif exté- rieur tel qu'une soufflante ou une hélice. Chacun des compresseurs ou turbines comporte des composants qui sont généralement de forme cylindrique ou conique. Par exemple, le trajet d'écoulement annulaire à travers à la fois le compresseur et la turbine est délimité par des carters radialement intérieur et extérieur. Ces car- ters peuvent être fixes ou rotatifs, et peuvent ou non sup- porter des grilles d'aubes. Ces composants sont soumis à des vibrations pen- dant le fonctionnement du moteur. Plus particulièrement cha- -2- que composant est soumis à des vibrations diamétrales noda- les. Les vibrations diamétrales nodales sont caractérisées par deux ou plusieurs points (noeuds) situés sur la circon- férence de la structure annulaire qui demeurent fixes tandis que des points entre les noeuds effectuent un mouvement de va-et-vient ondulatoire. Les composants annulaires tendent à vibrer à une fréquence naturelle ou de résonance. Lorsque ces composants sont soumis à une source d'excitation vibrant à leur fré- quence de résonance, le composant peut avoir une défaillan- ce. Bien que ces défaillances aient rarement lieu, un pro- blème plus classique est celui du dommage structurel secon- daire qui peut résulter de frottements entre des parties fixes et des parties tournantes. Les moteurs à turbine à gaz à performance élevée demandent que des tolérances serrées soient maintenues entre, par exemple, des aubes rotatives et le carter qui les entoure. Si ce carter vibre, il peut se produire une interférence ou un frottement entre les surfa- ces. De tels frottements créent des jeux qui diminuent le rendement du moteur. On peut élever la fréquence d'une vibration nodale pour éviter la résonance en raidissant les composants annu- laires. Un tel raidissement peut être atteint par augmenta- tion de l'épaisseur des composants. Cependant, ceci peut avoir pour résultat un poids excessif et pénaliser ainsi le rendement. En variante, une partie axiale relativement étroite peut être épaissie par un agencement analogue à une bride. Par exemple, lorsque l'on joint deux éléments annu- laires, la bride de raccord fonctionnera comme un élément de raidissement. Dans de nombreuses conceptions de moteur à turbine à gaz il existe un espace limité entre le carter extérieur et la nacelle ou la structure extérieure. Dans ces moteurs, des brides diminueraient l'espace radial disponible pour que d'autres composants puissent le traverser. - 3 - La présente invention a pour objet de réaliser un nouveau moyen perfectionné d'augmentation du raidissement d'un carter annulaire dans une turbomachine. La présente invention a aussi pour but de réaliser un nouveau moyen per- S fectionné de raidissement d'un carter annulaire ayant un poids minimum et permettant une accessibilité maximum des autres composants pendant l'assemblage. La présente invention consiste en un disque amovi- ble pour un carter annulaire dans une turbomachine. Le dis- que entre radialement en contact avec le carter pendant le fonctionnement de manière à fournir une rigidité accrue au carter. Un autre mode de réalisation de la présente inven- tion consiste en un élément de raidissement amovible pour un carter annulaire dans une turbomachine. L'élément de raidis- sement est constitué par un disque adapté pour entrer en contact avec le carter pendant le fonctionnement et par des moyens de positionnement pour positionner axialement le dis- que par rapport au carter. Le description qui va suivre se réfère aux figures années qui représentent respectivement: - Figure 1, une vue schématique d'un moteur à tur- bine à gaz comportant la présente invention; - Figure 2, une vue plus détaillée d'un carter extérieur d'un moteur à turbine à gaz comportant la présente invention; - Figure 3, une vue d'un carter intérieur d'un moteur à turbine à gaz comportant la présente invention; - Figure 4, une vue semblable à la figure Z com- portant un autre mode de réalisation de la présente inven- tion. - Figure S, une vue prise le long de la ligne 5-5 de la figure 4. La figure 5 représente une vue schématique d'un moteur à turbine à gaz comportant la présente invention. -4- Bien que ici on applique la présente invention à un moteur turbine à gaz, l'invention s'applique également à une quel- conque turbomachine. Le moteur 10 comprend un compresseur 12, une chambre de combustion 14, et une turbine 16, dispo- sés en série. A l'arrière de la turbine 16 se trouve une deuxième turbine ou turbine de travail 18. Un carter annu- laire fixe 20 est situé radialement vers l'extérieur du com- presseur 12. Un élément-de raidissement amovible 22 selon un mode de réalisation de la présente invention, est situé sur le carter. Comme représenté, la turbine de travail 18 est à contre-rotation et comporte un carter annulaire extérieur rotatif 24 et un carter annulaire intérieur rotatif 26. On dispose sur chaque carter 24 et 26 un élément de raidisse- ment amovible 22. Il apparaîtra clairement que la disposi- tion représentée figure 1 ne l'est qu'à titre d'exemple seu- lement et que l'on peut appliquer les éléments de raidisse- ment amovibles 22 à tout carter annulaire à l'intérieur d'un moteur à turbine à gaz pour lequel on souhaite un raidisse- ment. La figure 2 représente de manière détaillée un élément de raidissement amovible 22 pour un carter annulaire 24. L'élément de raidissement 22 comporte un disque amovible 28. Le disque amovible 28 est coaxial au carter 24 et peut s'engager en coulissant -avec le carter 24 à l'interface 30 dans les conditions ambiantes. Les conditions ambiantes se réfèrent aux températures et pressions subies par un moteur lorsqu'il ne fonctionne pas. Le disque 28 est en contact radial avec le carter 24 à l'interface 30 pendant le fonc- tionnement du moteur de manière à fournir un support radial et un raidissement accru au carter 24. Ceci a lieu parce que le carter 24 relativement mince est exposé aux gaz chauds dans le trajet d'écoulement 32 et qu'ainsi il se dilate ra- dialement dans le disque 28 généralement plus épais et plus froid. Par un choix approprié des matériaux et de la taille relative du carter 24 et du disque 28, un ajustement en friction à l'interface 30 pendant le fonctionnement du mo- teur peut être obtenu pour fournir une rigidité souhaitée. L'élément de raidissement 22 comporte aussi des moyens de positionnement 34 pour positionner axialement le disque 28 par rapport au carter 24. Les moyens de position- nement 24 comprennent un support 36, un premier moyen de fixation 38 et un second moyen de fixation 40. Le premier moyen de fixation 38 attache de manière amovible le support 36 au disque 28 et peut comporter par exemple un boulon di- rigé axialement. Le second moyen de fixation 40 a pour effet de fixer de manière amovible le support 36 au carter 24 et peut, par exemple, comporter une goupille de fixation pour retenir axialement et circulairement le support 36. Les moyens de positionnement 34 fournissent prin- cipalement une position axiale et circulaire du disque pen- dant l'assemblage. Lors des périodes de fonctionnement, le disque 28 est en contact avec le carter 24 de telle manière qu'un support circulaire et axial et un maintien du disque 28 sont réalisés. La figure 3 représente un autre mode de réalisa- tion de la présente invention dans lequel l'élément de rai- dissement 22 est fixé de manière amovible à un carter inté- rieur 26. L'élément de raidissement 22 est semblable à celui décrit figure 2. Cependant, le carter 26 tendra à se dilater radialement vers l'extérieur pendant le fonctionnement. De manière à ce que l'élément de raidissement 22 fournisse un support radial au carter 26 en fonctionnement, il sera né- cessaire de choisir un matériau pour le disque 28 ayant un coefficient de dilatation thermique élevé suffisamment supé- rieur à celui du carter 26 pour que dans un environnement plus froid il se dilate radialement vers l'extérieur plus vite que le carter 26. La figure 4 représente un autre mode de réalisa- tion de la présente invention dans lequel l'interface 30 entre le disque 28 et le carter 24 comporte une série de 6- canelures 42 dirigées axialement et en prise les unes avec lés autres sur le carter 24 et le disque 28 respectivement. Ceci ajoute une retenue circulaire supplémentaire du carter 24, diminuant ainsi la vibration nodale diamétrale. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion spécifiques décrits et représentés ici. Pas plus qu'elle n'est limitée à des éléments de raidissement amovi- bles sur des carters de turbine. Elle s'applique également à de tels éléments sur les carters de compresseur et tout autre élément annulaire rotatif et fixe. - 7 - REVENDICATIONS 1. Disque amovible (22) pour carter annulaire dans une turbomachine, caractérisé en ce que le disque est radia- lement en contact avec le carter pendant le fonctionnement de manière à fournir une rigidité accrue au carter. 2. Disque amovible pour carter annulaire dans une turbomachine caractérisé en ce que le disque (28) est coa- xial au carter (24) et en engagement coulissant avec ce der- nier dans les conditions ambiantes et en ce que le disque est radialement en contact avec le carter pendant le fonc- tionnement de manière à fournir une rigidité accrue au carter. 3. Elément de raidissement amovible (22) pour car- ter annulaire dans une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte un disque (28) adapté pour être en contact avec le carter pendant le fonctionnement et des moyens de position- nement (34) pour positionner axialement le disque (28) par rapport au carter (24). 4. Elément de raidissement amovible (22) pour un carter annulaire dans une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte un disque annulaire (28) adapté pour être en contact avec le carter pendant le fonctionnement pour four- nir un support radial au carter et, des moyens de position- nement (34) pour positionner axialement le disque par rap- port au carter. 5. Elément de raidissement amovible (22) pour car- ter annulaire dans une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte: un disque annulaire (28) adapté pour être en contact avec le carter (24) pendant le fonctionnement pour fournir un support radial au carter, - un support (36) pour positionner axialement le disque, - un premier moyen de fixation (38) pour fixer de manière amovible le support au disque; et -8- un deuxième moyen de fixation (40) pour fixer de manière amovible le support au carter. 6. Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second moyen de fixation (40) comporte une gou- pille de retenue pour maintenir axialement et circulairement le support. 7. Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier moyen de fixation (38) comporte un bou- lon dirigé axialement. 8. Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que le disque (28) est en contact avec le carter (24) par l'intermédiaire d'une série de canelures (42) sur le carter et sur le disque dirigées axialement et en prise les unes avec les autres.