Brevet FR2631656A1 — publié le 19891124

1i 263165 6 La présente invention concerne les moteurs de turbines à gaz et concerne plus particulièrement les joints d'étanchéité destinés à limiter les fuites autour d'un étage de stator. Dans les moteurs de turbines à gaz l'air est comprimé et le carburant est brûlé dans de l'air à haute pression. Le gaz produit est alors expansé dans une turbine à gaz. De telles turbines à gaz comportent une série d'étages de rotor alternés pour capter l'énergie, et d'étages de stator pour réorienter le flux. I1 est souhaitable que la totalité du flux traverse l'étage de stYtor pour y acquérir une orientation correcte avant d'entrer dans les étages de rotor successifs. Le gaz contournant les aubes du stator représente une puissance et une efficience perdue, et en conséquence, doit être réduit à une valeur minimale. Il est habituel, pour réaliser un carénage interne de relier le bord interne de toutes les aubes. Un joint d'étanchéité entre le carénage et le rotor doit être prévu. Afin de diminuer les pertes de flux entre le carénage et le rotor on réalise les extrémités des ailettes de rotor en lame de couteau, et on les fait passer à proximité immédiate d'une bande érodable du stator. Les carénages divisés et les bandes érodables divisées présentent des fuites entre eux, et les présents problèmes d'étanchéité sont à prendre en compte pour minimiser ces fuites. Les carénages annulaires pleins sont, de plus, souhaitables pour ce type de réalisation. Un carénage interne annulaire plein, en combinaison avec des aubes fixées sur 2 g2631656 celui-ci et sur le carénage externe des étages de la turbine créent une structure relativement rigide. Les différences de température existant entre ces organes produisent des déformations qui doivent être absorbées. De telles déformations peuvent être minimisées en modifiant la dilatation en utilisant des quantités appropriées d'air de refroidissement que l'on envoie sur les organes concernés. En construction conventionnelle une telle modification dans le but de limiter la déformation de ces organes peut conduire à ajouter des fuites supplémentaires au niveau du carénage interne. Au dessus du domaine de fonctionnement de la turbine à gaz une variation de régime permanent et les distributions de température transitoire interviennent sur les différents organes. Le minimum de fuite est obtenu lorsqu'on est libre de choisir le matériau ayant le coefficient de dilatation souhaité. Des résultats liés à une amélioration des formes peuvent être obtenus lorsque ce problème peut être séparé du problème des contraintes sur les aubes et de la fixation des carénages. Des bagues en plusieurs parties peuvent permettre un mouvement relatif entre ces parties et ainsi la dilatation est moins sensible qu'elle le serait sur une bague annulaire pleine. Un joint d'étanchéité pour intérieur de turbine possède à la fois une structuré support des aubes, pleine et annulaire, et une structure de portée de joint d'étanchéité pleine et annulaire. Ces deux structures sont clavetées ensemble pour empêcher leur rotation relative. Une surface du butée entre elles deux empêche tout mouvement axial relatif dans une direction, alors qu'une bague de verrouillage entre 3 2631656 elles deux empêche tout mouvement axial dans l'autre direction. Un segment de piston interposé entre la structure support des aubes et la structure de portée de joint d'étanchéité, empêche le détournement du gaz entre ces deux structures. Un joint d'étanchéité annulaire plein, est prévu sur la structure de portée de joint d'étanchéité pour s'interposer avec les bords en lame de couteau du rotor de la turbine. L'accroissement radial de la structure de support des aubes peut être choisie et réglée pour minimiser les contraintes sur l'assemblage des aubes lorsque la structure de portée de joint d'étanchéité peut être conçue indépendamment, de façon à minimiser l'espacement existant entre le joint d'étanchéité et le rotor. La bague de piston se prolonge pour assurer l'étanchéité, indépendamment de la différence d'accroissement entre la structure support des aubes et celle de portée de joint d'étanchéité. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure i est une coupe axiale d'une turbine à gaz montrant des aubes de stator et un assemblage d'étanchéité interne. La figure 2 est une section axiale, à plus grande échelle, montrant l'assemblage d'étanchéité interne de la figure 1. La figure 3 est une section transversale de l'assemblage d'étanchéité interne. Un rotor de turbine 10 comprend des disques de rotor 12 et 14 et une bague d'espacement 16. Le rotor supporte les 4 2631656 ailettes de turbine 18 et 20. La bague d'espacement 16 comporte une pluralité d'extrémités annulaires en lame de couteau 22, ayant pour but d'assurer l'étanchéité à l'encontre des pertes de flux. Un flux de gaz chauds 24 arrive sur les ailettes 18, passe sur les aubes 26, puis sur les ailettes 20. Il est souhaitable que la quantité de gaz contournant les aubes 26 soit minimale. Les aubes 26 sont brasées sur un carénage plein extérieur annulaire 28 et sur une plate-forme annulaire pleine 30. Une structure support des aubes 32 est formée de la plate-forme 30 et d'une structure support interne 34. Ces deux organes sont brasés ensemble en des endroits 36 et 38 et comportent une série de saillies 40 s'étendant entre elles de façon que les sorties d'air 42 se situent autour de leur circonférence. L'air frais est admis à partir d'un logement 44 du carénage externe, au travers d'ouvertures prévues dans les aubes. Une partie de l'air continue vers un logement 46 disposé entre les organes 30 et 34 et sort par les sorties d'air 42. Ceci procure une aération de la structure support des aubes. Un tel flux d'air frais est choisi et régulé en fonction des niveaux de fonctionnement de la turbine à gaz, de façon à minimiser les différences thermiques subies par les organes et ainsi de minimiser les déformations et bloquer les contraintes. L'organe 34 est fait d'un alliage au cobalt comportant un coefficient de dilatation supérieur à celui de l'alliage d'Inconel dans lequel la plate forme 30 est réalisée. Puisque celle-ci est portée, en cours de fonctionnement normal, à une température supérieure à celle de l'organe 34, il en résulte que leurs dilatations deviennent sensiblement voisines, minimisant ainsi les forces s'exerçant 2631656 sur le joint brasé. L'organe 34 comporte une structure 48 s'étendant vers l'intérieur et formant des rainures de clavettes 50. Il contient également une bague 52 s'étendant vers l'intérieur, d'un bout A l'autre de la circonférence, exception faite d'ouvertures déterminées, comme décrit ci-après. Une structure de portée de joint d'étanchéité 60 est constituée d'une partie annulaire pleine supportant un joint d'étanchéité plat annulaire et érodable 62. La structure supporte une série de clavettes 64 qui prennent place dans les gorges 50 afin d'empêcher une rotation relative de la structure support des aubes 32 et de la structure de portée de joint d'étanchéité 60. Une bague 66 s'étendant vers l'extérieur, et contre laquelle vient s'appuyer la bague 52, limite le mouvement axial de la structure de portée de joint d'étanchéité 60 dans la direction amont du flux. Une bague de verrouillage 68 est formée d'une série de - segments en arcs de cercle qui sont montés coulissants, après l'assemblage de la structure support des aubes 32 et de la structure de portée de joint d'étanchéité 60. Cette bague s'appuie contre la face amont de la bague 52 et contre le bord aval des clavettes 64 pour empêcher le mouvement de la structure d'étanchéité dans la direction aval. La bague 52 comporte des ouvertures en des endroits choisis afin d'autoriser le passage des clavettes 64, durant l'assemblage. Un segment de piston 70 est logé, pour étanchéifier la surface 72 de la structure support des aubes 32 et la surface 74 de la structure de portée de joint d'étanchéité. La bague d'étanchéité 76 de la structure de portée de 6 2631656 joint d'étanchéité 60 est formée d'un alliage de nickel à faible coefficient de dilatation, de façon que son augmentation de dimension, durant. le fonctionnement, la rapproche davantage du rotor 10 qui fonctionne à une température plus basse. La structure support des aubes 32 peut être choisie dans des matériaux facilitant le dessin de la forme des aubes et leur structure, alors que la structure de portée de joint d'étanchéité 60 peut être faite dans un matériau permettant de minimiser l'espace 78 existant entre les extrémités en lame de couteau 22 et les joints d'étanchéité érodables 62. Le segment de piston 70 réalise l'étanchéité entre les deux structures, bien qu'il puisse s'étendre radialement de différentes valeurs. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'étanchéité pour intérieur de turbine, pour assurer l'étanchéité entre un étage de stator de turbine et un rotor (10), au gaz s'écoulant autour dudit étage de stator, caractérisé en ce qu'il comprend une structure support des aubes (32) pleine et annulaire, une série d'aubes de stator (26) fixées sur la structure support des aubes (32) et s'étendant radialement vers l'extérieur de celle-ci, une structure de portée de joint d'étanchéité (60) pleine et annulaire, logée coaxialement à l'intérieur de la structure support des aubes (32), une pluralité de rainures des clavettes (50) s'étendant sur l'une des deux structures support des aubes (32) et d'étanchéité (60), une série de clavettes (64) réalisant un verrouillage pour empêcher le déplacement axial relatif de l'une des structures support des aubes (32) par rapport à l'autre structure de portée de joint d'étanchéité (60), un segment de piston (70) prenant place, de façon étanche, à la fois sur la structure support des aubes (32) et sur la structure de portée de joint d'étanchéité (60), cette dernière comportant un joint plein annulaire érodable (62) autour de la périphérie interne, logé à proximité du rotor (10) et en contact étanche avec lui. 2.- Dispositif d'étanchéité pour intérieur de turbine suivant la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de verrouillage comprennent une première bague (52) s'étendant radialement à l'intérieur de ladite structure. support des aubes (32), une seconde bague (66) s'étendant radialement vers l'extérieur de la structure de portée de 8 2631656 joint d'étanchéité (60), lesdites première et seconde bagues étant en contact axial, empêchant tout mouvement axial relatif entre la structure support des aubes (32) et la structure de portée de joint d'étanchéité (60), dans une première direction, et par des moyens de blocage entre ladite première bague (52) et les clavettes (64) de la structure de portée de joint d'étanchéité (60), par lesquelles tout mouvement axial, dans une direction opposée à la première direction, est empêché. 3.- Dispositif d'étanchéité pour intérieur de turbine suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ladite portée de joint d'étanchéité (60) au cours de l'assemblage.. 4.- Dispositif d'étanchéité pour intérieur de turbine suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de blocage comprennent un élément semi-circulaire coulissant (68). 5.- Dispositif d'étanchéité pour intérieur de turbine suivant la revendication 4 caractérisé en ce que ledit élément semi-circulaire coulissant (68) est composé d'une pluralité d'éléments formant en totalité un élément circulaire complet. 6.- Dispositif d'étanchéité pour intérieur de turbine suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un côté amont et un côté aval par rapport à l'écoulement du flux de gaz (24) dans les aubes (26) ladite structure de portée de joint d'étanchéité (60) comportant une bague d'étanchéité de piston (70) en contact étanche avec le côté amont de ladite bague d'étanchéité (76).