Brevet FR2944554A1 — publié le 20101022

TURBINE HAUTE-PRESSION DE TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une turbine haute-pression dans une turbomachine, telle en particulier qu'une turbomachine pour aéronef. Elle concerne plus particulièrement l'appui axial d'une partie externe d'un distributeur sur un carter externe dans une turbine haute-pression de turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La figure 1 représente un exemple de turbine haute-pression 10 de type connu dans une turbomachine 11. Cette turbine haute-pression 10 comprend un distributeur 12 monté en sortie d'une chambre de combustion 14 de la turbomachine 11, et une roue à aubes 16 montée rotative en aval du distributeur 12. Le distributeur 12 est formé de secteurs montés bout à bout circonférentiellement, et comprend deux parois de révolution coaxiales, respectivement interne 18 et externe 20, qui délimitent une veine primaire 21 d'écoulement d'un flux d'air dans la turbine, et qui sont reliées entre elles par des aubes fixes 22 régulièrement réparties autour d'un axe 24 de la turbine. La paroi externe 20 du distributeur fait partie d'une structure externe 25 globalement annulaire de ce distributeur. 2 La paroi interne 18 du distributeur comporte une bride annulaire radiale interne 26 maintenue solidaire d'un carter interne 30 de la turbine par des pions 28. Plus précisément, chaque secteur du distributeur comporte plusieurs pions 28, par exemple au nombre de deux, agencés sur un axe de basculement 29 perpendiculaire à un plan axial médian du secteur de distributeur, de manière à autoriser un léger basculement du secteur de distributeur autour de cet axe 29. La roue à aubes 16 est entourée par un anneau d'étanchéité sectorisé 34 agencé à faible distance du sommet des aubes 32 de cette roue 16 de manière à réduire au mieux l'écoulement de l'air entre l'extrémité des aubes 32 et l'anneau d'étanchéité 34. Pour cela, l'anneau d'étanchéité 34 est suspendu à des collerettes cylindriques, respectivement amont 36 et aval 38, solidaires d'un carter externe 40 de la turbine 10. La collerette amont 36 est formée à l'extrémité radialement interne d'une paroi annulaire radiale 42 du carter externe 40, appelée paroi radiale aval 42 dans ce qui suit. La collerette amont 36 s'étend vers l'aval depuis la paroi radiale aval 42 et est engagée dans une rainure annulaire 44 de l'anneau d'étanchéité 34. La collerette aval 38 est reliée à une collerette correspondante 46, formée à l'extrémité aval de l'anneau d'étanchéité 34, par un organe de verrouillage 48. 3 La paroi radiale aval 42 comporte en outre des orifices traversant 49 destinés au passage d'un flux d'air de ventilation de l'anneau d'étanchéité 34. La structure externe 25 du distributeur 12 comprend une paroi annulaire radiale 50, appelée paroi radiale amont 50 dans ce qui suit, qui est reliée à l'extrémité aval de la paroi externe 20 du distributeur et qui s'étend en regard et à distance de la paroi radiale aval 42 du carter externe 40. La paroi radiale amont 50 de la structure externe 25 comporte une nervure d'appui 52 s'étendant vers l'aval. La nervure d'appui 52 a globalement la forme d'un polygone centré sensiblement sur l'axe 24 de la turbine et dont les sommets sont situés aux extrémités circonférentielles respectives des secteurs du distributeur 12, de sorte que la portion de la nervure 52 formée sur chaque secteur de distributeur s'étend selon une droite perpendiculaire à un plan axial médian du secteur de distributeur correspondant, tel par exemple que le plan de coupe de la figure 1. Le terme � plan axial � désigne ici un plan passant par l'axe 24 de la turbine 10. La nervure d'appui 52 forme un moyen d'appui axial du distributeur 12 contre la paroi radiale aval 42 du carter externe 40 et participe à l'étanchéité de la veine primaire 21. La paroi radiale amont 50 porte en outre sur sa face amont une pluralité de lamelles d'étanchéité 54 agencées circonférentiellement bout à bout et réparties sur les secteurs du distributeur 12. Ces lamelles d'étanchéité 54 s'étendent radialement au- 4 delà de l'extrémité radialement externe de la paroi radiale amont 50 et coopèrent avec une nervure d'étanchéité 56 formée en saillie vers l'amont sur la paroi radiale amont 42. En fonctionnement, les gaz chauds provenant de la chambre de combustion de la turbomachine s'écoulent le long des aubes 22 du distributeur et exercent sur celles-ci une poussée axiale qui sollicite le distributeur 12 vers l'aval. Ce dernier est retenu par la paroi radiale aval 42 du carter externe 40 contre laquelle est appliquée la nervure d'appui annulaire 52 du distributeur. La forme polygonale de la nervure d'appui 52 permet d'assurer en permanence l'étanchéité de la veine primaire 21, même en cas de léger basculement vers l'aval de chaque secteur du distributeur 12 autour de son axe de basculement 29 sous l'effet de la poussée des gaz. Toutefois, les gaz chauds s'écoulant dans la turbine sont de nature à provoquer des dilatations différentielles entre le distributeur 12 et le carter externe 40 de la turbine, susceptibles d'induire des déplacements axiaux de la nervure d'appui 52 du distributeur ainsi que des déplacements radiaux de cette nervure d'appui 52 le long de la paroi radiale aval 42 du carter externe 40. Ces déplacements de la zone d'appui du distributeur 12 sur la paroi radiale aval 42 peuvent entraîner des déformations de cette paroi radiale amont 42, de nature à induire des déplacements et/ou des déformations de la collerette amont 36 de support de l'anneau d'étanchéité 34, ce qui peut modifier la position de cet anneau d'étanchéité, et par conséquent le jeu entre les sommets des aubes mobiles 32 et l'anneau d'étanchéité 34. Or des modifications non maîtrisées de ce 5 jeu risquent de réduire les performances de la turbine ainsi que la durée de vie des aubes mobiles et de l'anneau d'étanchéité de la turbine. De plus, les déplacements radiaux de la nervure d'appui du distributeur le long de la paroi radiale aval du carter externe peuvent induire une usure de cette paroi radiale aval sur une zone dont l'étendue radiale dépend de l'amplitude des déplacements radiaux de la nervure d'appui le long de la paroi radiale aval, et donc du niveau des dilatations différentielles entre le distributeur et le carter externe de la turbine. Il peut donc en résulter des coûts élevés de réparation. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces problèmes, permettant d'éviter les inconvénients précités. Elle a en particulier pour but de permettre un mode d'appui axial d'un distributeur sur un support d'anneau d'étanchéité, dans une turbine haute-pression de turbomachine, qui n'induise pas de modifications du jeu entre les sommets d'aubes mobiles de la turbine et l'anneau d'étanchéité lors de déformations du distributeur. L'invention propose à cet effet une turbine haute-pression de turbomachine, comprenant un 6 distributeur comportant des aubes fixes, une roue à aubes montée rotative en aval du distributeur à l'intérieur d'un anneau d'étanchéité de la turbine, et une paroi radiale aval de forme annulaire, solidaire d'un carter externe de la turbine et portant des moyens de support de l'anneau d'étanchéité, le distributeur comprenant en outre une structure externe globalement annulaire qui délimite une veine d'écoulement d'un flux primaire dans la turbine et qui comprend une paroi radiale amont de forme annulaire agencée en regard et à distance de la paroi radiale aval, l'une des parois radiales portant, en saillie vers l'autre paroi radiale, des moyens d'appui axial sur cette autre paroi radiale pour retenir axialement la structure externe du distributeur par rapport au carter externe. Selon l'invention, la paroi radiale qui porte les moyens d'appui axial est la paroi radiale aval. La zone de l'appui axial de la paroi radiale amont du distributeur sur la paroi radiale aval portant les moyens de support de l'anneau d'étanchéité est ainsi rendue immobile sur la paroi radiale aval, même lors d'un déplacement relatif des deux parois radiales. En particulier, lorsque le distributeur se déforme du fait d'éventuelles dilatations thermiques différentielles par rapport à la paroi radiale aval, les efforts résultant de l'appui axial du distributeur et passant dans cette paroi radiale aval et dans les moyens de support de l'anneau d'étanchéité suivent des chemins sensiblement constants. 7 L'invention permet donc de rendre les moyens de support de l'anneau d'étanchéité plus stables et de mieux prévoir leur durée de vie, et d'une manière générale, de mieux maîtriser le jeu en sommet d'aube. L'invention permet en outre de mieux identifier et circonscrire la zone de la paroi radiale aval par laquelle passent les efforts résultant de l'appui axial du distributeur. Cette zone de passage des efforts peut ainsi être renforcée sans risque de 10 renforcer inutilement des parties de la paroi radiale aval qui sont moins sollicitées en fonctionnement. L'invention permet donc un gain de masse au niveau de la paroi radiale aval et des moyens de support de l'anneau d'étanchéité. De plus, l'usure éventuelle de la paroi radiale aval résultant de frottements contre la paroi radiale amont est localisée sur les moyens d'appui axial, indépendamment du niveau des dilatations thermiques différentielles précitées. Avantageusement, les moyens d'appui axial forment une nervure d'appui s'étendant vers l'amont depuis la paroi radiale aval, autour d'un axe de la turbine, et qui présente à son extrémité amont un chant sensiblement radial. Le distributeur est de préférence formé d'une pluralité de secteurs montés bout à bout circonférentiellement de sorte que chaque secteur peut basculer autour d'un axe de basculement perpendiculaire à un plan axial médian dudit secteur. En fonctionnement, en cas de dilatations thermiques différentielles entre le distributeur et le 15 20 25 30 8 carter externe de la turbine, la poussée des gaz dans la turbine peut ainsi induire un léger basculement des secteurs du distributeur vers l'aval, de manière à conserver un contact entre la nervure d'appui de la paroi radiale aval et la paroi radiale amont. La nervure d'appui est de préférence conformée de sorte que chaque secteur du distributeur est agencé en regard d'une portion correspondante du chant de la nervure d'appui, qui présente un bord radialement externe parallèle à l'axe de basculement dudit secteur du distributeur. La nervure d'appui permet ainsi d'assurer un appui rectiligne entre les secteurs du distributeur et la paroi radiale aval sur toute la circonférence du distributeur, même en cas de basculement vers l'aval de secteurs de ce distributeur autour de leurs axes de basculement respectifs. Un tel appui rectiligne permet d'optimiser l'étanchéité entre le distributeur et la paroi radiale aval. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, chaque portion de la nervure d'appui présente un bord radialement interne parallèle à son bord externe. Ainsi, la nervure d'appui a une forme simple et une masse particulièrement réduite, et permet un appui rectiligne même en cas de léger basculement du distributeur vers l'amont. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, la nervure d'appui présente un bord 30 radialement interne cylindrique à section circulaire. 9 Le bord radialement interne de la nervure s'étend ainsi coaxialement au bord radialement interne de la paroi radiale aval, et peut éventuellement prolonger ce bord de la paroi aval. Dans ce deuxième mode de réalisation de l'invention, l'appui rectiligne peut être limité au bord radialement externe de la nervure d'appui en cas de basculement du distributeur vers l'aval, et cet appui rectiligne n'est pas garanti en cas de basculement du distributeur vers l'amont. D'une manière générale, la paroi radiale amont est de préférence agencée à l'extrémité aval de la structure externe du distributeur. La structure externe du distributeur comprend avantageusement un rebord annulaire radial s'étendant vers l'extérieur et formant la paroi radiale amont. Préférentiellement, au moins une partie des moyens d'appui axial est agencée sensiblement dans le prolongement axial des moyens de support de l'anneau d'étanchéité. Les moyens d'appui axial permettent ainsi d'améliorer la rigidité des moyens de support de l'anneau d'étanchéité. Les moyens de support de l'anneau d'étanchéité comportent de préférence une collerette qui s'étend vers l'aval depuis la paroi radiale aval, et qui est engagée dans une rainure circonférentielle de l'anneau d'étanchéité. 10 La collerette est avantageusement agencée au niveau d'une extrémité radialement interne de la paroi radiale aval. La paroi radiale aval est de préférence réalisée d'un seul tenant avec le carter externe de la turbine. En variante, la paroi radiale aval peut être formée par une pluralité de secteurs d'entretoise montés bout à bout circonférentiellement et suspendus au carter externe de la turbine. La structure externe du distributeur est avantageusement réalisée dans un matériau présentant une dureté supérieure à celle du matériau dans lequel est réalisée la paroi radiale aval. Ainsi, l'usure éventuelle de la paroi radiale amont résultant de frottements contre la paroi radiale aval peut être réduite au mieux, de manière à limiter les besoins de réparation du distributeur. D'une manière connue en soi, le matériau de la structure externe du distributeur comprend de préférence un superalliage monocristallin. En outre, la paroi radiale amont est de préférence usinée par abrasion ou par électroérosion. D'une manière connue en soi, la structure externe du distributeur peut comporter au moins une garniture d'étanchéité coopérant avec une nervure d'étanchéité formée sur un élément fixe solidaire du carter externe, cet élément fixe pouvant éventuellement comprendre la paroi radiale aval. 11 Cette garniture d'étanchéité est de préférence une lamelle s'étendant sensiblement radialement. D'une manière générale, le distributeur 5 comporte en outre des moyens de fixation à un carter interne de la turbine. L'invention concerne également une turbomachine comprenant une turbine haute-pression du type décrit ci-dessus. 10 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en 15 référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'une turbomachine d'un type connu ; - la figure 2 est une demi-vue schématique partielle 20 en coupe axiale et à plus grande échelle de la turbine haute-pression d'une turbomachine selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 3 est une vue schématique partielle de face depuis l'amont d'une paroi radiale aval de la 25 turbine haute-pression de la figure 2 ; - les figures 3a et 3b sont des vues schématiques partielles de la paroi radiale aval de la figure 3, en coupe respectivement selon les lignes A-A et B-B de la figure 3 ; 12 la figure 4 est une vue schématique partielle de face depuis l'amont d'une paroi radiale aval de la turbine haute-pression d'une turbomachine selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention ; û les figures 4a et 4b sont des vues schématiques partielles de la paroi radiale aval de la figure 4, en coupe respectivement selon les lignes A-A et B-B de la figure 4. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PREFERES La figure 2 représente une turbine haute-pression 110 qui diffère de la turbine 10 de type connu décrite ci-dessus par un nouvel agencement des moyens d'appui axial du distributeur sur la paroi radiale aval solidaire du carter externe de la turbine, conformément à un premier mode de réalisation de l'invention et comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit. Sur les figures 2 à 4, les éléments de la turbine 110, qui sont identiques ou similaires à des éléments déjà décrits de la turbine 10 de la figure 1, sont désignés par des références identiques à celles de ces éléments déjà décrits. Comme le montre la figure 2, la paroi radiale aval 42 porte, en saillie vers la paroi radiale amont 50 du distributeur 12, des moyens d'appui axial formés d'une nervure d'appui 162, tandis que la paroi radiale amont 50 du distributeur 12 présente une face aval sensiblement plane, et dépourvue de nervure d'appui, en regard de la paroi radiale aval 42. La configuration des moyens d'appui axial de la turbine 110 est donc sensiblement inversée par 13 rapport à la configuration des moyens d'appui axial de la turbine 10 de type connu. Comme le montre la figure 3, la nervure d'appui 162 a, vue depuis l'amont, la forme d'un polygone. Chaque sommet 164 de ce polygone est agencé en regard des extrémités de deux secteurs consécutifs du distributeur 12 (non visibles sur la figure 3), de telle sorte que chaque secteur du distributeur se trouve en regard d'une portion 166 de la nervure d'appui 162, dont le chant 168 présente un bord radialement externe 170 qui s'étend perpendiculairement à un plan A-A médian du secteur correspondant du distributeur 12. Le bord externe 170 du chant 168 de la portion 166 de la nervure d'appui 162 s'étend ainsi parallèlement à l'axe de basculement 29 du secteur correspondant du distributeur 12 (figure 2). Dans le premier mode de réalisation représenté sur les figures 2, 3, 3a et 3b, le bord radialement interne 172 du chant 168 de chaque portion 166 de la nervure d'appui 162 s'étend parallèlement à son bord radialement externe 170. Comme l'illustrent les figures 3 et 3a, une partie médiane de chaque portion 166 de la nervure d'appui 162, centrée sur le plan médian A-A correspondant, est agencée sensiblement à l'extrémité radialement interne de la paroi radiale aval 42, dans le prolongement axial de la collerette amont 36 destinée au support de l'anneau d'étanchéité 34. En revanche, comme l'illustrent les figures 3 et 3b, des parties extrêmes de chaque portion 166 de la nervure d'appui 162 sont écartées du 14 bord radialement interne 173 de la paroi radiale aval 42, du fait de la courbure de cette dernière. Les figures 4, 4a et 4b représentent un deuxième mode de réalisation de l'invention, qui diffère du premier mode de réalisation décrit précédemment par la forme de la nervure d'appui 162. En effet, dans ce deuxième mode de réalisation, le chant 168 de la nervure d'appui 162 présente un bord radialement interne 174 cylindrique à section circulaire, qui s'étend dans le prolongement axial du bord radialement interne 173 de la paroi radiale aval 42. De cette manière, une partie cylindrique radialement interne de la nervure d'appui 162 se trouve dans le prolongement axial de la collerette amont 36. Dans les modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus, la paroi radiale aval 42 est réalisée d'un seul tenant avec le carter externe 40 de la turbine. En variante, cette paroi radial aval 42 peut être formée sur des secteurs d'entretoise montés bout à bout circonférentiellement et comprenant par exemple des moyens de support de l'anneau d'étanchéité 34 analogues aux moyens de support décrits ci-dessus. Dans ces modes de réalisation, la structure externe 25 du distributeur est réalisée en un superalliage monocristallin, par abrasion ou par électroérosion, tandis que la paroi radiale aval 42 est réalisée en un matériau conventionnel du type 15 equiaxial, qui présente une dureté inférieure à celle du superalliage monocristallin précité. Pour tenir compte d'éventuelles déformations dynamiques en fonctionnement, la face aval de la paroi radiale amont 50 de chaque secteur du distributeur 12 peut en outre être usinée, par exemple sur toute son étendue radiale, de manière à présenter de légères variations d'épaisseur, depuis l'une des extrémités circonférentielles dudit secteur de distributeur jusqu'à son autre extrémité circonférentielle, lorsque la turbine est à l'arrêt, de sorte que cette face aval de la paroi radiale amont 50 présente une planéité optimale en fonctionnement. REVENDICATIONS1. Turbine haute-pression (110) de turbomachine, comprenant un distributeur (12) comportant des aubes fixes (22), une roue à aubes (16) montée rotative en aval du distributeur (12) à l'intérieur d'un anneau d'étanchéité (34) de la turbine, et une paroi radiale aval (42) de forme annulaire, solidaire d'un carter externe (40) de la turbine et portant des moyens de support (36) dudit anneau d'étanchéité (34), le distributeur (12) comprenant en outre une structure externe (25) globalement annulaire qui délimite une veine (21) d'écoulement d'un flux primaire dans la turbine et qui comprend une paroi radiale amont (50) de forme annulaire agencée en regard et à distance de ladite paroi radiale aval (42), l'une desdites parois radiales (42, 50) portant, en saillie vers l'autre paroi radiale, des moyens d'appui axial (162) sur cette autre paroi radiale pour retenir axialement la structure externe (25) du distributeur (12) par rapport audit carter externe (40), la turbine étant caractérisée en ce que la paroi radiale qui porte lesdits moyens d'appui axial (162) est ladite paroi radiale aval (42). 2. Turbine haute-pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens d'appui axial forment une nervure d'appui (162) qui s'étend vers l'amont depuis ladite paroi radiale aval (42), autour d'un axe (24) de la turbine, et qui 17 présente à son extrémité amont un chant (168) sensiblement radial. 3. Turbine haute-pression selon la revendication 2, caractérisée en ce que le distributeur (12) est formé d'une pluralité de secteurs montés bout à bout circonférentiellement de sorte que chaque secteur peut basculer autour d'un axe de basculement (29) perpendiculaire à un plan axial médian dudit secteur. 4. Turbine haute-pression selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite nervure d'appui (162) est conformée de sorte que chaque secteur du distributeur (12) est agencé en regard d'une portion correspondante du chant (168) de la nervure d'appui (162), qui présente un bord radialement externe (170) parallèle à l'axe de basculement (29) dudit secteur du distributeur. 5. Turbine haute-pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite paroi radiale amont (50) est agencée à l'extrémité aval de la structure externe (25) du distributeur (12). 6. Turbine haute-pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'au moins une partie desdits moyens d'appui axial (162) est agencée sensiblement dans le prolongement axial desdits moyens de support (36) de l'anneau d'étanchéité (34). 18 7. Turbine haute-pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de support de l'anneau d'étanchéité comportent une collerette (36) qui s'étend vers l'aval depuis ladite paroi radiale aval (42), et qui est engagée dans une rainure circonférentielle (44) de l'anneau d'étanchéité (34). 8. Turbine haute-pression selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite collerette (36) est agencée au niveau d'une extrémité radialement interne de ladite paroi radiale aval (42). 9. Turbine haute-pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ladite paroi radiale aval (42) est réalisée d'un seul tenant avec ledit carter externe (40) de la turbine. 20 10. Turbine haute-pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ladite paroi radiale aval (42) est formée par une pluralité de secteurs d'entretoise montés bout à bout 25 circonférentiellement et suspendus audit carter externe (40) de la turbine. 11. Turbine haute-pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée 30 en ce que ladite structure externe (25) du distributeur (12) est réalisée dans un matériau présentant une dureté supérieure à celle du matériau 15 19 dans lequel est réalisée ladite paroi radiale aval (42). 12. Turbine haute-pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure externe (25) du distributeur (12) comporte au moins une garniture d'étanchéité (54) coopérant avec une nervure d'étanchéité (56) formée sur un élément fixe (42) solidaire dudit carter externe (40). 13. Turbine haute-pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le distributeur (12) comporte en outre des moyens de fixation (26, 28) à un carter interne (30) de la turbine. 14. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine haute-pression (110) selon l'une des revendications 1 à 13.