Brevet FR2688539A1 — publié le 19930917

STATOR DE TURBOMACHINE COMPRENANT DES DISPOSITIFS DE REGLAGE DE JEU ENTRE LE STATOR ET LES AUBES DU ROTOR. DESCRIPTION L'invention concerne un stator de turbomachine pourvu de dispositifs pour régler les jeux compris entre les aubes mobiles du rotor et les parties du stator qui leur font face. Il existe dans l'art antérieur de nombreux exemples de turbomachines dont le stator comprend des parties annulaires qui font face aux aubes du rotor et qui sont alimentées en gaz à une temperature qui permet de les dilater ou de les contracter pour réduire à un minimum le j eu avec les aubes et accrottre ainsi le rendement de la machine. Le gaz est généralement soutiré d'une autre partie de la machine par un dispositif conçu pour que le débit de gaz de réglage dépende d'un paramètre simple tel que la température des gaz ou la vitesse du rotor.Les parties annulaires du stator sont composées en particulier d'une couronne interne adjacente aux aubes, continue ou formée de secteurs angulaires et qui peut éventuellement être recouverte d'une couche d'un matériau d'usure, souvent appelé abradable dans cette technique et qui subit toute l'usure provoquée par le frottement des aubes si le jeu vient à disparattre par suite de dilatations différentielles défavorables. Le problème fondamental que l'invention permet de résoudre consiste en l'harmonisation des vitesses de dilatation entre te rotor et Le stator. On constate en effet qu'il est difficile d'éviter un débit excessif de gaz chaud dans Les dispositifs de réglage de jeu pendant une phase transitoire qui suit immédiatement la mise en service, de sorte que les parties annulaires conçues d'après les principes ordinaires de construction du stator sont exagérément dilatées et qu'un jeu important apparaSt'alors. Le même phénomène de dilatation ou de contraction trop rapide tend à apparaStre aux autres modifications du régime de la machine. Les inventeurs conclurent finalement que ce désavantage pouvait être évité sans compliquer le dispositif d'asservissement de débit de gaz si L'inertie thermique des parties annulaires était accrue.Mais il n'est guère possible de rendre les parties annulaires plus épaisses, surtout les flancs qui relient La couronne interne à la carcasse du stator et délimitent la chambre ou s'écoule le gaz de réglage, car La rigidité des parties annulaires deviendrait excessive et rendrait leur montage sur la carcasse du stator très difficile.C'est pourquoi la disposition caractéristique de l'invention consiste en ce que les parties annulaires sont composées, outre une couronne interne face aux aubes de rotor, de deux flancs transversaux reliant la couronne interne à des zones de carcasse du stator et délimitant une chambre qui entoure la couronne interne (les dispositifs d'alimentation en gaz comprenant des conduits aboutissant dans les chambres), et de saillies érigées sur la couronne interne et emplissant partiellement ta chambre, les saillies présentant une épaisseur plus forte que les flancs et donc une grande inertie thermique. Elles sont avantageusement constituées d'une ou de plusieurs crêtes circulaires. Une cloison peut joindre les flancs tout en divisant la chambre en deux parties et en entourant les saillies, qui sont alors chauffées ou refroidies plus uniformément et rapidement. La cloison est alors munie d'ouvertures devant les saillies. On peut favorablement raccorder les flancs à la couronne interne par des parties arrondies de sorte que la chambre possède entre les parties arrondies une largeur plus forte que la couronne interne : une grande souplesse est alors obtenue pour Le montage des parties annulaires. Le réglage est pLus efficace si une seconde chambre existe entre la couronne interne et une couche de matériau d'usure portée par la couronne interne, car la couronne est exposée au gaz de réglage sur ses deux faces. Une alimentation supplémentaire en gaz de réglage peut aboutir à cette seconde chambre. Un exceLlent mode de raccordement de la couche de matériau d'usure, s'il en existe une, à la couronne interne consiste à utiliser des étriers entre lesquels des portions superposées des bords de la couche de matériau d'usure et de la couronne interne sont comprimées Les unes sur les autres en direction radiale. Enfin, on dévoile des dispositions pour joindre par des conduits de communication des paires de chambres contenant des saillies de pièces annulaires voisines et simplifier ainsi le dispositif. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à L'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif : - les figures 1 à 3 illustrent une première réalisation de l'invention, les figures 1 et 3 représentant deux parties annulaires de stator devant des étages d'aubes voisins et la figure 2 représentant l'intervalle entre ces étages ; - et la figure 4 iLLustre une autre réalisation de l'invention. Seules les portions du stator qui sont utiles à la compréhension de l'invention et Le bout des aubes mobiles 1 du rotor apparaissent sur les figures. On peut distinguer sur le stator une carcasse 2 relativement massive et rigide qui sert à soutenir les parties annulaires 3 (figure 1) et 4 (figure 3) qui entourent les aubes mobiles 1 du rotor. La parti e annulaire 3 est formée de deux flancs sensiblement plans et parallèles 5 et 6 joints à la carcasse du stator 2 par des portions de bridage, respectivement 7 et 8, et qui s'étendent vers le rotor tout d'abord par une portion pLane, respectivement 9 et 10, d'orientation radiale, puis par une portion arrondie, respectivement 11 et 12.La portion de bridage 7 du flanc 5 amont est fixée à La carcasse du stator 2 par des boulons d'orientation longitudinale, alors qu'un jeu radiaL subsiste entre la portion de bridage 8 du flanc 6 aval et la carcasse du stator 2. Les deux portions planes relient Les portions de bridage aux portions arrondies et ces dernières sont unies à une couronne interne 13 et plus particulièrement à une bague lisse 14 circulaire à l'extérieur de Ladite couronne. Le volume isolé en particulier par les flancs 5 et 6 et par la bague lisse 14 forme une première chambre partagée en deux moitiés 15 et 16 par une cloison 17 qui joint les flancs 5 et 6 à la jonction entre Les portions planes 9 et 10 et les portions arrondies 11 et 12. Les portions arrondies 11 et 12 et La cloison 17 sont constituées à ces endroits de sorte qu'elles se proLongent pour former des anneaux 18 et 19 qui entourent La bague lisse 14 4 le reste de la cLoison 17 forme un bombement 20 vers l'extérieur qui entoure avec du jeu une crête circulaire 21 assez épaisse érigée au centre de la bague lisse 14, sur sa face externe et qui s'étend vers l'extérieur en occupant une partie d'une des moitiés 16 de la première chambre. La crête 21 possède une masse relativement importante dans le dispositif et une inertie thermique correspondante. Non loin du raccordement de la bague lisse 14 aux portions arrondies 11 et 12 s'étendent deux brides 22 et 23 orientées radialement à partir de leur jonction à la bague lisse 14 mais qui se terminent chacune par une extrémité annulaire 24 ou 25. Ces extrémités annulaires 24 et 25 sont toutes deux orientées vers la droite de la figure, c'est-å-dire vers L'aval de la turbomachine, et servent à maintenir une pièce en forme de couronne qui constitue une couche de matériau tendre 26 ou abradable disposée face aux aubes mobiles 1 et dont elle est séparée par le jeu 100 auquel i I a déjà été fait allusion.La couche 26 comprend d'un côté une rainure circulaire 27 dans laquelle l'extrémité 24 à l'amont vient se loger et, à l'opposé, une portée circulaire 28 qui est comprimée contre l'extrémité 25 à L'avaL par des étriers de serrage 29 formés de deux branches 30 et 31 reliées par une entretoise 32 : les branches 30 et 31 sont écartées et pincent l'extrémité annulaire 25 et la portée 28 l'une sur l'autre en s'appuyant sur leurs faces opposées. Une seconde chambre 33 existe donc entre la bague lisse 14, les brides 22 et 23 et la couche de matériau tendre 26. On trouve encore une entretoise 34 qui unit les flancs 5 et 6 et s'étend entre les raccordements respectifs des portions de bridage 7 et 8 aux portions planes 9 et 10, un joint d'étanchéité 35 entre la carcasse du stator 2 et la portion de bridage avaL 8, une cloison extérieure 36 entre la carcasse du stator 2 et la partie arrondie 12 située en aval, et un autre joint d'étanchéité 37, circulaire et plat, qui est assujetti à une portion 38 de la carcasse du stator 2 portant des aubes fixes 39 en amont de L'étage d'aubes mobiles 1 représenté ici ; cette portion 38 prolonge la couche de matériau tendre 26 ; une crête 40 érigée sur la bride amont 22 et d'extension longitudinale vient frotter sur le joint d'étanchéité 37 et isole donc la veine des cavités du stator. Le gaz de réglage du jeu 100 provient d'une source non représentée, qui peut être une autre partie de la machine, où une portion du gaz qui y circule est soutirée, et passe par un conduit 50 puis par des ouvertures 41 de la carcasse du stator 2 qui donnent sur l'entretoise 34, elLe-même munie d'ouvertures 42 qui permettent au gaz de se réparti r dans le volume de la première moitié de La première chambre 15, qui entoure le bombement 20. Le gaz passe ensuite dans des ouvertures 43 réparties sur la surface du bombement 20 et vient ainsi lécher la crête 21 avant de s'échapper de l'autre moitié de la première chambre 16 par des ouvertures 44 situées sur la partie 19 de la partie arrondie 12 aval.IL arrive alors dans une chambre collectrice 45 située entre le flanc 6 et la cloison extérieure 36 ou dans d'autres ouvertures 46 qui débouchent dans la seconde chambre 33. Des ouvertures 47 à travers la racine de la crête circulaire 21 permettent au gaz de s'écouler facilement vers l'aval à cet endroit. Le bord Libre de la cloison extérieure 36 vient buter au fond d'un alésage d'axe longitudinal 49 de la carcasse du stator 2 et établit donc une séparation étanche entre la chambre collectrice 45 et la veine. On trouve encore des ouvertures 48 à travers la bride amont 22 par Lesquelles du gaz de réglage de jeu provenant de conduites d'alimentation 51, ou simplement de la chambre derrière le joint plat et circulaire 37 et sur laquelle les ouvertures 48 débouchent, passe également pour abouti r dans la seconde chambre 33. Il faut remarquer que cette disposition n'est pas forcément indispensable au bon fonctionnement de l'invention car on peut juger que tout ce gaz, qui fuit ensuite dans la veine annulaire située entre le rotor et le stator par les interstices des secteurs angulaires qui constituent la couche de matériau tendre 26 et par les joints entre celle-ci et Les extrémités annulaires 24 et 25, est perdu.Ces fuites peuvent être combattues si on décide de construire La couche de matériau tendre 26 d'une seule pièce continue sur une circonférence et d'installer des dispositifs d'étanchéité à ses raccordements aux extrémités annulaires 24 et 25, ce qui est parfaitement possible. Le jet de gaz passant par les ouvertures 48 peut alors, s'il est à une pression plus forte après avoir subi des pertes de charges moindres, causer une circulation vers la première chambre par les ouvertures 46. On voit bien sur la figure 2 que la chambre collectrice 45 est reliée à une autre chambre collectrice 55, qui appartient à la partie annulaire 4 située immédiatement en aval, par des tubes 56 d'orientation sensiblement longitudinale. Un seul dispositif d'alimentation en gaz est donc utilisé pour régLer les jeux de deux étages consécutifs d'aubes mobiles 1. Chaque tube 56 est engagé par ses extrémités dans deux perçages 57 et 58 de la carcasse de stator 2, mais libre sur la plus grande partie de sa longueur, ou il s'étend dans une cavité 59 ménagée entre des parties assemblées entre elles de la carcasse de stator 2. On remarque que les tubes 56 croisent d'autres tubes 60 d'orientation radiale et qui sont destinés à alimenter en gaz de réglage de jeu une couronne de stator 61 porteuse d'un étage d'aubes fixes 39. La partie annulaire 4 adjacente à la chambre collectrice 55 comporte beaucoup d'éléments semblables à ceux de la partie annulaire 3 précédente ou du moins analogues par leur forme et leurs dimensions, si bien qu'ils ne seront pas décrits davantage et que les mêmes Sréférences numériques seront alors employées. Les indications de la description précédente conviennent encore sauf indication contraire. Cependant, les flancs 65 et 66 sont agencés différemments : le flanc aval 66 est presque semblable - à une symétrie près - au flanc amont 5 de L'étage précédent, alors que le flanc amont 65 présente une portion de bridage 67 qui est raccordée directement à la portion arrondie 12. La portion de bridage 67 est appuyée sur une collerette 68 qui fait partie de la carcasse du stator 2.Il y a également une inversion de la position de la couche de matériau tendre 26 : les étriers 29 sont situés au bord amont de celle-ci, et les brides 22 et 23 sont également interverties et disposées symétriquement. Comme il n'y a plus d'autres parties annulaires dont i I faut régler le jeu par le même dispositif d'alimentation en gaz, il n'y a pas d'équivalent de la cloison extérieure 36 ni des ouvertures 44 et on laisse les gaz s'échapper dans la veine à travers les interstices entre les secteurs angulaires de la couche de matériau tendre 26 et entre la couche de matériau tendre 26 et Les brides 22 et 23. Il n'y a pas non plus d'équivalent des ouvertures 48, du joint circulaire et plat 37 ni de La crête 40. La figure 4 représente de façon plus synthétique une autre réalisation de L'invention qui comporte également un dispositif unique d'alimentation en gaz pour deux parties annulaires voisines 103 et 104 qui sont presque semblables et présentent également des similitudes avec celles 3 et 4 de la réalisation précédente ; l'essentiel de la description des figures 1 à 3 reste valable et ne sera donc pas répété. On retrouve en effet des flancs 105 et 106 comprenant des portions de bridage 107 et 108, des portions planes 109 et 110 et des portions arrondies 111 et 112. Les proportions sont cependant différentes car les portions planes 109 et 110 sont basses alors que les portions arrondies 111 et 112 ont au contraire une assez grande hauteur.La cloison 117, qui se raccorde aux portions planes 109 et 110, présente un bombement 120, qui est ici orienté vers l'intérieur de manière à s'introduire dans l'intervalle compris entre la bague lisse 114, et deux crêtes circulaires 121, placées symétriquement par rapport au centre de la bague lisse 114 et aux extrémités de celles-ci sur sa face extérieure, c'està-dire tout près des flancs 105 et 106. Cette forme légèrement plus compliquée permet d'obtenir pour une inertie thermique équivalente des épaisseurs de crête moins importantes et donc un chauffage ou un refroidissement plus uniforme et plus rapide.Un système d'ouverture analogue à celui de la réalisation précédente permet d'amener le gaz de réglage des jeux successivement dans les deux moitiés de chambre 115 et 116 en traversant la cloison 117 de la partie annulaire 103 en amont et en venant lécher uniformément les crêtes circulaires 121. Les gaz passent ensuite dans la chambre collectrice 145, à travers Le tube 156 et dans la chambre collectrice 155 vers la partie annulaire 104 suivante. Des ouvertures 170 percées dans le flanc 105 font communiquer la chambre 155 avec la première moitié de chambre 115 à L'intérieur de la seconde partie annulaire 104. Les gaz lèchent ensuite les crêtes circulaires 121 avant de s'écouler dans la veine. Dans les deux réalisations, où la machine est composée de tranches consécutives, l'assemblage est effectué en commençant par moindre entre elles les pièces qui constituent la tranche de carcasse du stator 2 ou 102 qui reçoit les parties annulaires 3 et 4, ou 103 et 104, puis en introduisant dans la tranche de carcasse de stator les parties annulaires par des déplacements longitudinaux (dans l'axe de la veine) la partie annulaire amont 3 ou 103 est déplacée vers l'aval et la partie annulaire aval 4 ou 104 vers l'amont. La jonction avec d'autres tranches de la carcasse du stator 2 peut alors être entreprise. D'autres modes de montage sont concevables, de même que des parties annulaires de formes différentes. Les crêtes circulaires 21 ou 121 peuvent encore être remplacées par des saillies d'autres formes. REVENDICATIONS 1. Stator de turbomachine comportant des parties annulaires (3, 4, 103, 104) entourant des étages d'aubes (1) de rotor et des dispositifs pour a limenter les parties annulaires en gaz porté à une température permettant de les dilater ou de les contracter, caractérisé en ce que les parties annulaires sont composées d'une couronne interne (13) face aux aubes de rotor, de deux flancs transversaux (5, 6, 105, 106) reliant la couronne interne à des zones de carcasse du stator (2) et délimitant une chambre (15 et 16, 115 et 116) qui entoure la couronne interne, les dispositifs comprenant des conduits (41, 42) aboutissant dans les chambres, et en ce que des saillies (21, 121) sont érigées sur la couronne interne et emplissant partiellement la chambre, les saillies présentant une épaisseur plus forte que les flancs. 2. Stator de turbomachine suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les saillies sont constituées par une crête circulaire. 3. Stator de turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par une cloison (17, 117) joignant les flancs, divisant la chambre en deux parties, entourant les saillies et munie d'ouvertures (43) devant les saillies. 4. Stator de turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les flancs sont raccordés à la couronne interne par des parties arrondies (11, 12, 111, 112) de sorte que la chambre possède entre les parties arrondies une largeur plus forte que la couronne interne. 5. Stator de turbomachine suivant L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couronne interne comprend une couche annulaire de matériau d'usure (26) orientée vers les aubes de rotor. 6. Stator de turbomachine suivant La revendication 5, caractérisé en ce que la couronne interne comporte des brides transversales (22, 23) de raccordement à la couche de matériau d'usure, les brides isolant avec la couche de matériau d'usure une seconde chambre (33) communiquant avec La chambre contenant Les saillies. 7. Stator de turbomachine suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'un conduit d'alimentation en gaz de réglage de jeu (51) débouche dans la seconde chambre. 8. Stator de turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que Les brides de raccordement sont recourbées et jointes à la couche de matériau d'usure par des extrémités annulaires (24, 25), et en ce que des étriers (29) sont utilisés pour pincer les extrémités annulaires et la couche de matériau d'usure pour les maintenir solidaires. 9. Stator de turbomachine suivant L'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la couche de matériau d'usure est continue sur une circonférence. 10. Stator de turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des conduits (56) joignant des paires de chambres contenant les saillies de parties annulaires voisines.