Brevet FR2685381A1 — publié le 19930625

CARTER DE TURBINE DELIMITANT UNE VEINE D'ECOULEMENT ANNULAIRE DE GAZ DIVISEE PAR DES BRAS RADIAUX DESCRIPTION L'invention concerne un carter de turbine qui délimite une veine d'écoulement annulaire de gaz, veine divisée par des bras radiaux. On rencontre de telles structures dans cer- tains turboréacteurs à hélices contrarotatives, entre le générateur de gaz et les turbines libres d'échappe- ment Des bras radiaux qui s'étendent fréquemment à cet endroit divisent la veine annulaire en plusieurs secteurs d'arc de cercle On peut se reporter au brevet américain 4 321 007 qui représente sans doute la struc- ture la plus proche de l'invention La veine est en effet délimitée par deux parois circonférentielles internes et externes qui s'appuient respectivement sur des collerettes internes et externes disposées20 autour de chaque bras Toutefois, les plaques ou les tôles (appelées "tuiles" dans cette application) qui constituent les parois circonférentielles sont soudées entre elles et aux bras, ce qui présente l'inconvénient de conduire à une structure trop rigide.25 Un objet fondamental de l'invention est la réduction des contraintes internes produites par les échauffements importants dont le carter est le siège au moyen d'un mode d'assemblage entre les -bras et les tuiles qui absorbe les déformations dues à30 l'échauffement sans produire de contraintes notables dans les tuiles. Les parois sont en conséquence formées de plaques aboutées suivant des lignes de joint et fixées entre elles et aux collerettes par des assemblages35 constitués de bordures de recouvrement des lignes de joint et de moyens de serrage des bordures sur les plaques et les collerettes. Avantageusement, les plaques et les colle- rettes se recouvrent aux lignes de joint, et les moyens de serrage sont des rivets fixant les bordures à une première plaque Une autre plaque ou une collerette, selon le cas, est enserrée entre la première plaque et une bordure Il existe alors un léger recouvrement des plaques et des collerettes aux lignes de joint. Un autre objet essentiel de l'invention est l'amélioration de la traversée de la veine par les gaz même si les bras ont une forme qui crée des pertes de charge élevées On prévoit, pour atteindre cet objet, des pièces de canalisation destinées à faciliter le contournement des bras par les gaz Ces pièces de canalisation comportent une enveloppe munie de moyens de fixation à un bras respectif. Les pièces de canalisation peuvent dépasser radialement des parois et être munies de collerettes qui prolongent les collerettes des bras Les surfaces d'appui des pièces de canalisation aux bras peuvent alors s'étendre hors de la veine, ce qui améliore encore l'écoulement. Dans Le cas, envisagé ici, o les pièces de canalisation prolongent les bras vers l'aval de l'écoulement et o les bras sont creux et munis d'ou- vertures permettant de les ventiler par un courant interne de refroidissement, il est avantageux que les pièces de canalisation soient évidées, ouvertes à au moins une de leurs extrémités radiales, et que des ouvertures fassent communiquer leur intérieur avec l'intérieur des bras Une répartition particulière de l'écoulement de ventilation est alors obtenue. On se reporte maintenant aux figures données à titre illustratif et non limitatif pour une illustra- tion plus détaillée d'une réalisation de l'invention, parmi lesquelles: la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale d'une portion d'un carter de turbine o L'invention est implantée; la figure 2 illustre un bras radial isolé en vue radiale; la figure 3 illustre un bras radial et une des parois délimitant la veine en coupe radiale; la figure 4 illustre la pièce de canalisa- tion en perspective; la figure 5 illustre une des parois en perspective; et la figure 6 est un schéma d'ensemble, en perspective, des deux parois et des bras radiaux. On se reporte tout d'abord à la figure 1. Les gaz issus d'un générateur de gaz entrent dans la portion représentée du moteur par un orifice d'en- trée 1 et la traversent de part en part jusqu'à un orifice de sortie 2 o ils pénètrent dans une turbine libre d'échappement Les orifices 1 et 2 sont annu- laires et reliés par un carter 3 formé de l'assemblage de diverses pièces, parmi lesquelles des bras radiaux 4 Comme l'écoulement de gaz entre les orifices 1 et 2 serait très mal canalisé par ce carter 3 aux formes compliquées, une paroi externe 5 et une paroi interne 6, toutes deux circonférentielles, de révolu- tion et se raccordant aux orifices 1 et 2 par des brides, sont ajoutées pour délimiter une veine annulaire 7 aux contours lisses dans laquelle les gaz circulent. En se reportant également à la figure 2, on constate que les bras radiaux 4 comprennent tout d'abord une paroi extérieure 8 qui délimite un volume creux interne Ce volume est divisé par deux cloisons 9 et 10 orientées sensiblement dans le sens d'extension des bras 4 La cloison 9 est percée d'orifices 11. L'autre cloison 10, située en amont de la précédente, c'est-à-dire plus près de l'orifice d'entrée 1, est par contre continue Trois compartiments 12, 13 et 14 sont ainsi délimités d'aval en amont à l'intérieur de la paroi 8 Le compartiment aval 12, qui est de loin le plus volumineux, est occupé pour l'essentiel par une chemise 15 qui s'étend jusque près de la paroi 8 et lui est liée par des moyens non représentés. Les autres compartiments 13 et 14 sont partiellement occupés par des ailettes de refroidissement 16. On voit sur la figure 2 que les bras 4 sont profilés de manière à perturber aussi peu que possible l'écoulement des gaz Leur section est sensiblement en forme d'aile, avec un bord amont légèrement effi Lé et arrondi et des contours latéraux peu incurvés. IL n'est toutefois pas possible, pour des raisons d'encombrement, de munir les bras 4 d'un bord de fuite aval effi Lé C'est pourquoi la paroi 8 présente une face aval plane 17 qui sert de face d'assemblage à une pièce rapportée ou pièce de canalisation 18 qui prolonge le bras 4 pour constituer le bord de fuite effi Lé souhaité. La pièce de canalisation 18 a une extension radiale beaucoup plus petite que le bras 4 et peut donc s'étendre suivant la longueur de la veine 7 beau- coup plus loin que le bras 4, jusque près de l'orifice de sortie 2, sans nécessiter des modifications de forme du carter 3. Comme on le voit également sur la figure 4, la pièce de canalisation 18 est composée essentiel- lement d'une enveloppe 19 dépassant radialement des parois externe 5 et interne 6 et ouverte à ses extré- mités radiales, hors de la veine 7 A cet endroit, deux plaquettes 20 soudées à l'enveloppe 19 sont acco- lées à la face avant 17 de la paroi 8 et lui sont fixées par des boulons 21 représentés à la figure 1 Les figures I et 2 montrent également comment la ventilation des bras 4 est effectuée afin de refroidir leur partie située dans la veine 7 et baignée par les gaz chauds qui s'écoulent. Des gaz frais originaires d'une autre partie de la machine pénètrent dans le compartiment central 13 par une conduite 22 Une partie passe par une lumière 23 établie sur la cloison 10 la plus en amont dans le compartiment amont 14 qu'elle quitte par des perçages 24 de la paroi 8 hors de la veine 7, à l'inté- rieur et à l'extérieur de celle-ci Un refroidissement des parois externe et interne 5 et 6 près de l'orifice d'entrée 1 est ainsi obtenu. La plus grande partie des gaz de ventilation passe toutefois dans le compartiment aval 12, entre la paroi 8 et la chemise 15, par les orifices 11, avant de le quitter par des orifices 25 établis sur la face avant 17 La pièce de canalisation 18 et la partie des parois externe et interne 5 et 6 proche de l'orifice 2 sont alors ventilées à leur tour Tous les gaz de ventilation, qui sortent de l'enveloppe 19 par ses extrémités radiales ouvertes, peuvent ensuite être récupérés. On voit sur les figures 1, 2 et 3 que la paroi 8 des bras 4 et l'enveloppe 19 des pièces de canalisation 10 sont pourvues de deux collerettes, respectivement 30, 31 et 32, 33 qui s'appuient sur les faces extérieures à la veine 7 des parois externe et interne 6 Les collerettes 30 à 33 servent à assembler les parois 5 et 6 aux bras 4 Les collerettes externe 32 et interne 33 des pièces de canalisation 18 prolongent les collerettes correspondantes 30 et 31 des bras 4 pour former avec e L Les deux co L Lerettes à contour fermé Comme Les figures 3, 5 et 6 Le représentent, Les parois 5 et 6 sont toutes deux constituées de plaques appelées tuiles 34 aboutées tout en laissant entre elles des évidements 35 que Les bras 4 et Les pièces de canalisation 18 peuvent traverser Pour des raisons de simplicité de fabrication et d'assemblage, chaque tuile 34 s'étend entre deux bras 4 et comporte donc, de chaque côté, deux Lignes de joint 36 à une tuile 34 voisine, qui s'étendent entre une extrémité aval ou amont de La tuile 34 et une extrémité correspondante d'un bras 4 ou d'une pièce de canalisation 18, et une Ligne de joint 37 au bras 4 et à la pièce de canalisation 18 Les Lignes de joint 36 et 37 sont recouvertes par des bordures ou couvre-joints 38 formées d'une bordure de fixation 39 et d'une bordure de serrage séparées par une dénivellation 41 La bordure de fixation 39 s'appuie sur la tuile 34 et Lui est fixée par une rangée de rivets 42 La bordure de serrage est destinée à pincer, en liaison avec Le bord de la tuile 34 dont il vient d'être question, selon le cas une des collerettes 30 à 33 ou un bord recourbé 43 de La tui Le voisine 34 qui s'étend au-delà de la ligne de joint 36 Ces bords recourbés 43 permettent d'avoir une veine 7 délimitée par des faces entièrement lisses des parois externe 5 et interne 6 Les faibles jeux aux assemblages des tuiles 34 ne produisent pas de fuites appréciables de gaz hors de La veine 7. Aucune garniture d'étanchéité n'est donc requise. Les tuiles 34 qui pourraient être endommagées en service peuvent facilement être remplacées En outre, L'utilisation des couvre- joints 38 conduit à une bonne souplesse des parois, qui absorbent donc des dilatations dues à L'échauffement avec des contraintes réduites. REVENDICATIONS 1 Carter appartenant à une turbine et formé de deux parois circonférentielles concentriques ( 5, 6) pour délimiter une veine ( 7) d'écoulement annulaire de gaz, la veine ( 7) étant divisée par des bras radiaux ( 4) dépassant des parois ( 5, 6) et munis de deux collerettes ( 30, 31) d'appui des parois, caractérisé en ce que les parois sont formées de plaques ( 34) aboutées suivant des lignes de joint ( 36) et fixées entre elles et aux collerettes ( 30, 31, 32, 33) par des assemblages constitués de bordures ( 39, 40) de recouvrement des lignes de joint et de moyens de serrage ( 42) des bordures ( 39, 40) sur les plaques ( 34) et les collerettes ( 30, 31, 32, 33). 2 Carter suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que les plaques ( 34) et les collerettes ( 30, 31, 32, 33) se recouvrent aux lignes de joint, les moyens de serrage étant des rivets ( 42) fixant les bordures ( 39, 40) à une première plaque, une autre plaque ou une collerette étant serrée entre la première plaque et une bordure. 3 Carter suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des pièces de canalisation ( 18) destinées à faciliter le contourne- ment des bras ( 4) par les gaz, les pièces de canalisa- tion comportant une enveloppe ( 19) munie de moyens de f ixation ( 22) à un bras respectif. 4 Carter suivant la revendication 3, carac- térisé en ce que les pièces de canalisation ( 18) sont situées de manière à prolonger les bras vers l'aval de l'écoulement. Carter suivant l'une quelconque des reven- dications 3 ou 4, caractérisé en ce que les pièces de canalisation ( 18) dépassent radialement des parois ( 5, 6) et sont munies de collerettes ( 32, 33) prolon- geant les collerettes ( 30, 31) des bras ( 4). 6 Carter suivant la revendication 5, carac- térisé en ce que les moyens de fixation des pièces de canalisation aux bras s'étendent hors de la veine ( 7). 7 Carter suivant l'une quelconque des reven- dications 3 à 6, caractérisé en ce que les moyens de fixation des pièces de canalisation ( 18) aux bras ( 4) sont des boulons ( 21). 8 Carter suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que les bras ( 4) sont creux et munis d'ouvertures ( 22, 25) permettant de les ventiler par un courant de refroidissement à l'intérieur des bras. 9 Carter suivant les revendications 5 et 8, caractérisé en ce que les pièces de canalisation ( 18) sont évidées et ouvertes à au moins une de leurs extrémités radiales et des ouvertures ( 25) font commu- niquer l'intérieur des enveloppes ( 19) et l'intérieur des bras. Carter suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les lignes de joint entre plaques ( 36) aboutissent à une extrémité des bras ( 4) ou des pièces de canalisation ( 18).