Brevet FR2633330A1 — publié le 19891229

i MOYENS POUR REORIENTER ET REAGIR A LA SOLLICITATION AXIALE DUE A LA PRESSION DE GAZ DANS UN MOTEUR A TURBINE A GAZ la présente invention s'linteresse a la sollicitation aérodynamique dans des moteurs à turbine à gaz, et elle concerne en particulier la réorientation des sollicitations axiales connues par divers éléments dans un tel moteur. Certains des éléments d'un moteur à turbine à gaz connaissent plusieurs types différents de sollicitation pendant le fonctionnement, comme par exemple des sollici- tations axiales, des sollicitations en torsion, des sol- licitations radiales et des sollicitations en flexion. La présente invention concerne particulièrement les premières de ces sollicitations, bien qu'on s'intéresse également aux sollicitations en torsion. Les pressions de gaz agissant sur l'enveloppe inté- rieure et extérieure de la chambre de combustion, ainsi que sur les aubes directrices de la tuyère de turbine haute pression. produisent des sollicitations axiales et des sollicitations en torsion auxquelles il faut réagir en les transmettant au carter extérieur supportant le moteur. La pratique habituelle consiste à évacuer les sollicitations en torsion, qui sont relativement faibles, dans la turbine haute pression par l'intermédiaire des aubes directrices d'admission. La réaction aux sollicitations ax iales, qui sont relativement élevées, s'effectue par l'intermédiaire des aubes directrices de sortie du compresseur haute pression, en passant par l'enveloppe extérieure de la chambre de combustion. Chaque aube directrice de sortie du compresseur haute pression est orientée angulairement par rapport à l'axe médian du moteur, afin de diriger l'air dans la chambre de combustion sous l'angle le plus avantageux. Un avantage aérodynamique significatif peut être obtenu en réduisant l'épaisseur de chaque aube, de façon qu'elle constitue un obstacle minimal au flux d'air entrant. On a constaté qu'afin d'empêcher la déformation des aubes, suite aux sollicitations axiales élevées transmises par l'intermédiaire de ces aubes, il est nécessaire de prévoir des aubes d'une épaisseur supérieure à l'épaisseur souhaitable. La présente invention a pour but de fournir. un moyen pour réorienter les sollicitations axiales connues par les aubes directrices de sortie du compresseur haute pression, qui empêche la déformation des aubes et permet ainsi d'utiliser des aubes plus minces et donc aérodynami- quement plus efficaces. La présente invention va être maintenant décrite plus en détails, à simple titre d'exemple, en référence au des- sin annexé, dans lequel: Figure 1 est une représentation schématique d'un mo- teur à turbine à gaz; Figure 2 est une vue en coupe transversale d'une partie du moteur représenté à la figure 1; et Figure 3 est une illustration schématique de la pré- sente invention. Brièvement, selon la figure 1, un moteur à turbine à gaz 10 comprend un compresseur à flux axial 12, des moyens de combustion 14 et une turbine 16 reliés au compresseur pour entraîner le compresseur, une tuyère d'échappement 18 et une tuyère arrière 20. A la figure 2, on peut voir que le moteur 10 comprend une pluralité d'aubes directrices de sortie 22 périphéri- quement espacées, situées dans la partie haute pression du compresseur 12, une chambre de combustion intérieure 24 qui fait partie des moyens de combustion 14, et une pluralité d'aubes directrices d'admission 26 périphériquement espa- cées, situées dans la partie haute pression de la turbine 16. Les aubes directrices de sortie 22 sont attachées fi- xement, à leurs extrémités radialement extérieures, à une partie du carter 28 du moteur, et, à leurs extrémités radialement intérieures, à l'enveloppe extérieure 30 de la chambre de combustion. L'enveloppe extérieure 30 de la chambre de combustion sert à contenir les gaz de combus- tion, et elle est située, à son extrémité aval, sur les aubes directrices d'admission 26 de la partie haute pres- sion de la turbine 16. On notera que les parties aval de la chambre de combustion intérieure 24 et de l'enveloppe extérieure 30 de la chambre-de combustion, conjointement avec les aubes directrices d'admission 26, connaissent une sollicitation axiale F due aux pressions de gaz agissant sur ces éléments. Les pressions de gaz peuvent être consi- dérables, et on y résiste habituellement par l'intermé- diaire de l'enveloppe extérieure 30 de la chambre de com- bustion et des aubes directrices de sortie 22, en les transmettant au carter 28 du moteur qui joue le rôle de structure de support. On sait très bien qu'afin d'empêcher la déformation des aubes 22 précitées, il est nécessaire de les réali- ser plus épaisses que cela est aérodynamiquement souhai- table. On a constaté que si la sollicitation axiale F peut être réorientée de façon à être transmise le long de la ligne de corde C des aubes 22, on peut réagir à la sollicitation requise par des aubes plus minces que celles utilisées jusqu'alors. La sollicitation axiale F est réorientée en utilisant - une ou plusieurs barres 32 positionnées périphériquement autour de l'enveloppe extérieure 30 de la chambre de com- bustion. Chaque barre de transmission de sollicitation forme, par rapport à la sollicitation appliquée et à la ligne médiane CL du moteur, un angle - qui est égal à l'angle " formé par la ligne de corde de chaque aube 22 par rapport à la ligne médiane CL. Les barres de sollici- tation 32 sont formées en découpant une série d'encoches périphériquement espacées 34 sur la périphérie de l'enve- loppe extérieure 30 de la chambre de combustion. Chaque encoche forme par rapport à la ligne médiane CL du moteur le même angle que chaque barre de sollicitation 32, et définit ainsi les bords extérieurs 32a de chaque barre de sollicitation 32. Afin d'empêcher les gaz de combustion de s'échapper par les encoches 34, un joint d'étanchéité 36, s'étendant périphériquement, est positionné sur les encoches comme représenté à la figure 2. Le joint d'étan- chéité 36 peut être assemblé à l'arbre à l'aide de lèvres 36a, 36b s'étendant périphériquement, prévues sur l'arbre qui se loge dans des logements 38,40 prévus sur l'envelop- pe 30. On notera toutefois que d'autres méthodes de montage peuvent être utilisées. En fonctionnement, les enveloppes intérieure et ex- térieure 24,30 de la chambre de combustion et les aubes directrices d'admission 26 de la turbine 16 connaissent des sollicitations axiales élevées, et éventuellement un léger degré de sollicitation en torsion, par suite de la pression des gaz de combustion, comme le représentent schématiquement les flèches FA et FT sur l'aube 26 de la figure 3. Toute éventuelle petite sollicitation en torsion FT connue par les enveloppes de la chambre de combustion est transmise au carter extérieur 28 par réaction par l'intermédiaire des aubes 26. Des boulons ou tout autre dispositif similaire peu- vent être utilisés pour fixer les extrémités de l'envelop- pe extérieure 30 de la chambre de combustion sur les aubes 26, et aider ainsi à transmettre la sollicitation en tor- sion FT. La direction de la force réactive qui réagit à T l'effet de la sollicitation axiale FA est déterminée par la position angulaire des barres de sollicitation 32 par rapport à la ligne médiane CL. Les barres de sollicita- tion 32 fournissent un trajet de sollicitation le long duquel est transmiseune partie de la sollicitation réac- tive Rê. La figure 3 montre que si la ligne de corde C des aubes directrices de sortie 22 du compresseur forme par rapport à la ligne médiane CL, le même angle que l'angle formé par les barres de sollicitation 32 par rapport à la ligne médiane, alors la partie de la charge axiale FA sup- portée par les barres de transmission de sollicitation 32, est transmise au carter extérieur 28 de support du moteur le long de la ligne de corde C des aubes 22. On remarquera que l'incorporation de cette méthode de réaction à la solli- citation permet d'empêcher la déformation des aubes 22, attendu que les aubes ne subissent pas de forces de tor- sion. La figure 3 montre également qu'afin de contreba- lancer la force réactive engendrée par la sollicitation axiale FA, on a besoin d'une petite sollicitation réac- tive en torsion RT. La sollicitation réactive en torsion RT est faible, et donc dans des limites acceptables, et elle peut être transmise, par l'intermédiaire des aubes directrices d'admission 26. de la même manière que la sol- licitation en torsion FT. On remarquera que la réduction des angles-- -et / a pour effet de permettre de réagir à une plus grande partie de la sollicitation axiale, par l'intermédiaire des barres de sollicitation et des aubes directrices de sortie 22, et de réduire l'amplitude de la sollicitation réactive RT. - REVENDICATIONS - 1. Moyen pour réorienter et réagir à la sollicitation axiale connue de pression de gaz appliquée à un premier élément dans un moteur à turbine à gaz possédant un compres- seur avec des aubes directrices de sortie situées à l'inté- rieur, chaque aube possédant une ligne de corde, caracté- risé en ce qu'il comprend: une barre de sollicitation (32),formant un angle par rap- port à la sollicitation appliquée (FA), et présentant une première extrémité reliée au premier élément (24) et une deuxième extrémité reliée à une aube directrice de sortie (22) du compresseur (12), la ligne de corde (C) de l'aube directrice de sortie (22) formant par rapport à la sollicitation appliquée (FA) un angle (') qui est égal à l'angle (-) formé par la barre de sollicitation (32) par rapport à la sollicitation ap- pliquée (FA). 2. Moyen selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un moyen pour réagir au mouvement de tor- sion du premier élément (24) par rapport à l'aube direc- trice de sortie (22). 3. Moyen selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un moyen pour réagir au mouvement de tor- sion du premier élément (24) par rapport au deuxième élé- ment (22), qui comprend une aube directrice d'admission (26) dans la turbine haute pression (16) du moteur (10). 4. Moyen selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément (24) comprend l'enveloppe ex- térieure (30) de la chambre de combustion du moteur (10). 5. Moyen selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément (24) comprend l'enveloppe ex- térieure (30) de la chambre de combustion et'toute struc- ture portée par l'enveloppe extérieure (30) de la chambre de combustion qui est soumise à une sollicitation axiale (FA). 6. Moyen selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un moyen pour réagir au mouvement de tor- sion du premier élément (24) par rapport au deuxième élé- ment (22), qui comprend une pluralité d'aubes directrices d'admission (26) dans la turbine haute pression (16) du moteur (10), chaque aube directrice (26) étant munie d'au moins une barre de sollicitation (32) reliée aux éléments en question. 7. Moyen selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque barre de sollicitation (32) fait partie de l'en- veloppe extérieure (30) de la chambre de combustion et est espacée de la barre voisine d'une distance prédéterminée. 8. Moyen selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque barre de sollicitation (32) fait partie de l'enveloppe extérieure (30) de la chambre de combustion et est espacée de la barre voisine d'une distance prédé- terminée, et en ce qu'un joint d'étanchéité (36) est prévu pour étanchéifier l'espace libre (34) entre chaque barre de sollicitation (32).