Brevet FR2593233A1 — publié le 19870724

-1 2593233 La présente invention concerne une structure de joint d'étanchéité placée dans un conduit de transition d'une turbine à gaz. Dans une turbine à gaz à plusieurs corps l'espace entre le rotor de la turbine haute pression et le rotor de la turbine basse pression présente une paroi interne pour le circuit d'écoulement des gaz qui est constituée de segments boulonnés sur les embases internes des aubes fixes de la turbine basse pression. Cette paroi interne porte une strue- ture de support comportant des cônes opposes pour le joint d'étanchéité qui coopère avec un élément d'étanchéité rota- tif prévu sur le rotor de la turbine basse pression. Afin de réduire au minimum les fuites dans cette zone il est nécessaire d'assurer un étanchement en divers emplacements et de maintenir la permanence de la structure de l'ensemble sous les charges apparaissant en fonctionne- ment. Les emplacements des joints d'étanchéité sont situés entre le circuit d'écoulement des gaz sortant de la turbine haute pression et la cavité se trouvant à l'arriTre du dis- que du rotor de la turbine haute pression, entre cette cavi- té et la cavité se trouvant à l'avant du disque du rotor de la turbine basse pression, entre le conduit de transition et l'espace interne délimité par ce conduit, et entre un espace interne par rapport aux aubes fixes de la turbine basse pression et la cavité se trouvant en avant du disque du rotor de la turbine basse pression. Pour permettre la dila- tation thermique nécessaire, il doit y avoir une liberté de mouvement relatif entre les parties de la structure, tout en assurant un espacement précis entre les différents éléments de chaque joint d'étanchéité et les autres parties de la structure. La réduction des fuites dans ces régions permet d'accroître d'une manière appréciable les performances glo- bales du moteur. La présente invention a pour objet un joint d'étan- chéité d'un conduit composé de segments multiples qui, ensemble, forment une paroi interne conique pour le cir- cuit d'écoulement des gaz entre le rotor de la turbine haute pression et le rotor de la turbine basse pression. Ces segments sont boulonnés sur les embases internes des plate-forme pour les groupes multiples d'aubes fixes de la turbine basse pression et ils s'étendent vers l'avant en formant des prolongements de ces embases. Ces segments sont boulonnés, à proximité de leurs extrémités antérieures, à un cône antérieur qui sert de support de joint d'étanchéité d'équilibrage de poussée. A l'arrière chaque segment est boulonné à un cône postérieur en tôle métallique qui est libre dans le sens radial et dans le sens axial. à l'endroit des liaisions entre les embases des aubes fixes et les seg- ments, afin de réduire au minimum les contraintes thermi- ques. Les cônes antérieur et postérieur sont boulonnés en- semble à l'endroit de leurs bords internes. Le cône anté- rieur peut porter un élément d'étanchéité coopérant avec un disque de turbine haute pression et le cône postérieur peut porter un élément d'étanchéité coopérant avec des structures prévues sur le disque de la turbine basse pression. On décrira ci-aprbs,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'une turbine à gaz. La figure 2 est une vue en coupe faite suivant la ligne 2-2 de la figure 1. Le dessin représente une turbine 2 du second étage d'un rotor de la turbine haute pression comportant un disque 4 et une succession d'ailettes 6 à sa périphérie. Les emba- ses 8 des ailettes comportent des brides s'étendant vers l'arrière et alignées entre elles afin de former une nervure annulaire 10 intervenant comme élément d'étanchéité ainsi qu'il sera décrit plus loin. Les gaz provenant de la turbine haute pression pénè- trent dans le circuit d'écoulement des gaz 12 en direction de la turbine basse pression et ce circuit est délimité par une paroi externe 14 et une paroi interne segmentée 16, cette dernière étant constituée de segments multiples 18 (voir la figure 2). Il y a de préférence un segment fixé à 1'embase interne 20 de chaque groupes d'aubes fixes 22. Il y en général 2 ou 3 aubes fixes dans chacun de ces groupes si bien que le nombre des segments est inférieur au nombre des aubes fixes individue]es. Les segments 18 comportent des brides 24 h leurs extrémités postérieures, ces brides étant boulonnées avec des brides associées 26 prévues sur]les embases 20 des aubes fixes 22. Les brides 24 et 26 sont maintenues espacées l'une de l'autre par une extrémité en saillie 28 du segment la- quelle vient en contact avec l'embase 20 et par une entre- l9 toise h boulon h épaulement 30 disposée entre les brides 24,26. Les boulons h épaulement 32 maintiennent les éléments assemblés au moyen d'un écrou en D 33 et d'un écrou 35. L'entretoise 30 fait partie intégrante du boulon h épaule- ment 32. 1'; Les segments et les embases des aubes fixes servent h supporter un cône antérieur 54 qui est maintenu9 h son extrémité externe, sur des brides 36 prévues sur les se- gments 18, h proximité de leurs extrémités antérieures, et des boulons 38 maintiennent ce cône en position sur les segments. Ces boulons supportent également un élément d'é- tanchéité 40 qui s'étend vers l'avant et coopère avec la nervure d'étanchéité 10. Le bord interne du cone antérieur 34 est boulonné sur le bord interne d'un cône postérieur 42, au moyen de boulons 44. Ce cône postérieur 42 s'étend vers l'extérieur et il comporte des fentes 46 dans sa périphérie externe, de manière h s'étendre sur les boulons h épaulement 32, en étant guidé par ceux-ci. Le mouvement axial de ce cône est limité par sa position entre les deux brides 24 et 26. Ainsi la liberté de mouvement axial et radial en ce point permet la dilatation thermique nécessaire pendant le fonctionnement de la turbine. Les boulons 44 prévus sur les bords internes des cônes supportent également un cylindre d'étanchéité 48 em- brassé par uin amortisseur h bride 51 en contact avec les boulons 44 et fixé par ceux-ci. Ce cylindre d'étanchéité coopère avec un élément d'étanchéité annulaire 52 porté par le rotor de la turbine basse pression et présentant des collerettes d'étanchéité 54 coopérant avec le cylindre 48. Le rotor de la turbine basse pression porte également un disque rotorique 56 du premier étage comportant des ailettes 58 à sa périphérie, lesquelles sont situées en aval de la succession d'aubes fixes 22, et ce disque porte, sur sa face amont, un anneau 60 présentant une collerette d'étanchéité 62 coopérant avec une surface d'étanchéité prévue sur les faces internes des embases 20. Cet anneau 60 comprend égale- ment une surface 66 tournée vers l'intérieur et qui coopère avec une collerette d'étanchéité 68 prévue sur le bord pos- térieur d'un anneau 70 fixé d'une manière appropriée au cône postérieur 42, par exemple au moyen de rivets 72. De cette façon l'élément d'étanchéité 40 contrôle la fuite entre le circuit d'écoulement des gaz, à l'extrémité aval du rotor de la turbine haute pression, et la cavité A située en arrière du disque du rotor de la turbine haute pression. Les cônes 34 et 42 et le joint d'étanchéité formé à l'endroit du cylindre 48 limitent la fuite à partir de la cavité A en direction de la cavité B se trouvant en avant du disque de la turbine basse pression. Les cônes limitent également la fuite directe à partir de l'espace C compris entre les disques parce que ces cones sont continus, et avec aucune fuite à partir de l'espace C, il y a un minimum de fuite le long des bords accolés des segments. L'anneau d'é- tanchéité 70 réduit au minimum la fuite de l'espace B en direction de l'espace D situé à l'extérieur de l'anneau 70 et ceci réduit au minimum la fuite entre l'espace R et le circuit d'écoulement des gaz. Le support de la structura à partir des segments qui sont alors h leur tour supportés par les embases des aubes fixes, donne lieu à une disposition sûre qui maintient les éléments d'étanchéité dans une rela- tion mutuelle la plus efficace, tout en permettant les va- riations de dimensions rendues nécessaires par suite de l'échauffement. La structure satisfait aux exigences en matière de durabilité pour les moteurs à haute pression tout en assurant l'étanchement nécessaire aux divers emplacement décrits. REVENDICATIONS 1.- Structure de joint d'étanchéité dans un conduit de transition, destinée à être mise en place entre le rotor de la turbine haute pression et le rotor de la turbine basse pression d'un moteur à plusieurs rotors, comportant des aubes fixes de la turbine basse pression disposées en groupes, chacun de ces groupes étant fixé k une embase in- terne, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de segments (18) disposés en anneau et formant la paroi in- terne du conduit de transition (12), chaque segment (18) étant boulonné h l'une des embases (20), un cône antérieur (34) fixé aux parties antérieures des segments (18) et s'6- tendant vers l'intérieur à partir de ces parties, un cône postérieur (42) fixé au cône antérieur (34), à l'endroit de son bord interne, et étant relié aux segments (18) h pro- ximité des embases (20), et un élément d'étanchéité (48,52,54) fixé aux bords internes des cônes (34,42) 2.- Structure de joint d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisée en ce que la liaison entre le cône postérieur (42) et les segments (18) autorise une li- berté de mouvement à la fois dans les directions axiale et radiale. 3.Structure de joint d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les cônes (34,42) sont continus et, en étant boulonnés ensemble à l'endroit de leurs bords internes, ils forment une structure de sup- port pour les segments (18). 4.- Structure de joint d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le cône postérieur (42) présente à sa périphérie des fentes (46) et les se- gments (18) et les embases (20) sont maintenues ensemble au moyen de boulons (32) sur lesquels sont engagées les fentes (46). 5.- Structure de joint d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les segments (18) et les embases (20) présentent des brides (24,26) au moyen desquelles ils sont reliés les uns aux autres et ces brides (24,26) sont espacées l'une de l'autre de manière à recevoir entre elles l'extrémité externe du cône postérieur (42). 6.- Structure de joint d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les segments (18) et les embases (20) comportent des brides (24,26) au moyen desquelles ils sont boulonnés ensemble et ces brides (24,26) sont espacées l'une de l'autre de manière à recevoir entre elles le bord externe du cône postérieur (42), ce bord ex- terne présentant des fentes (46) destinées à s'enqager sur les boulons (32) maintenant assemblés les segments (18) et les embases (20).