Brevet FR2960591A1 — publié le 20111202

La présente invention concerne le domaine des turbomachines et vise un distributeur annulaire de turbine axiale formé de segments de distributeur disposés en secteurs d'anneau. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de calage en rotation de ces secteurs à l'intérieur du carter. Arrière plan de l'invention Un moteur à turbine à gaz tel qu'utilisé en aéronautique comprend une entrée amont par laquelle l'air est aspiré puis comprimé en étant guidé à travers les étages de compresseur. L'air comprimé est introduit dans une chambre de combustion où est également admis le carburant avec lequel il est mélangé et où s'opère la combustion. Les gaz de combustion chauds sont détendus dans les différents étages de turbine dont généralement un étage à haute pression immédiatement en aval de la chambre et qui reçoit les gaz à la température la plus élevée compatible avec la tenue des matériaux. Après cette première détente les gaz sont détendus à nouveau en étant guidés à travers les étages de turbine dits à basse pression. Un étage de turbine comprend une roue de distributeurs en amont d'une roue mobile de turbine. Une roue de distributeur à écoulement axial comprend une pluralité d'aubes disposées radialement par rapport à l'axe de la machine reliant un élément annulaire radialement interne et un élément annulaire radialement externe ; l'ensemble forme une veine annulaire en regard des aubes mobiles d'une roue de turbine. La roue mobile est elle-même constituée d'aubes s'étendant radialement depuis la jante d'un disque ou d'un tambour mobile autour d'un axe de rotation. Les aubes sont traversées axialement par les gaz moteurs. La section basse pression d'un moteur comprend ainsi généralement plusieurs étages de turbine. Les roues de distributeurs sont segmentées en une pluralité de secteurs répartis autour de l'axe de la machine, chaque segment étant formé d'une pluralité d'aubes entre deux secteurs d'anneau. Chaque segment est monté à l'intérieur du carter de la turbine par le secteur d'anneau radialement extérieur. Ce dernier comprend un moyen de retenue amont et un moyen de retenue aval. Ces moyens sont par exemple des rails annulaires ménagés dans la paroi intérieure du carter sur lesquels viennent porter des surfaces d'appui ménagées sur 2 les secteurs d'anneau des segments de distributeur. Le montage est agencé de manière à permettre la dilatation relative du distributeur par rapport au carter qui est fonction des variations de régime de la machine. En raison de la symétrie axiale des roues de distributeur et des efforts tangentiels résultant de l'écoulement gazeux qui les traverse, il est nécessaire de prévoir des moyens de blocage des secteurs en rotation. Le brevet FR 2 743 603 au nom de SNECMA décrit un mode de montage de tels segments de distributeur à l'intérieur d'un carter. Les segments de distributeurs comprennent une nervure extérieure périphérique, perpendiculaire à l'axe du distributeur, s'appuyant par des faces, l'une radialement extérieure, l'autre aval, sur des faces correspondantes de la paroi intérieure du carter. Des pinces, formées par l'anneau de turbine aval à ce niveau, retiennent les segments et les retiennent en place contre les mouvements radiaux. Une saillie sur la face amont de la nervure de chaque segment comprend un cran dans lequel est logé un pion antirotation. Ce pion est constitué d'une tête logée dans ledit cran et une tige glissée dans un alésage radial de la paroi du carter. Ce pion empêche ainsi tout mouvement de rotation du segment de distributeur autour de l'axe de ce dernier. Afin de protéger la paroi du carter contre le rayonnement thermique produit par les segments de distributeur, on prévoit une tôle qui est interposée entre le segment et la paroi interne du carter. Cette tôle de protection thermique prend appui à l'amont contre une portion de surface radiale ménagée dans la paroi interne du carter. Le bord amont de la tôle de protection est recourbé radialement vers l'intérieur pour former une épingle qui prend appui également sur un bord amont du segment et participe au maintien de celui-ci contre le rail amont du carter. En aval la tôle de protection comprend une échancrure avec une languette dans le fond de l'échancrure qui s'appuie contre le pion antirotation du segment. La languette est en fait calée dans une fine rainure du pion. Ce montage donne entière satisfaction sur le plan du maintien du distributeur à l'intérieur du carter et de la protection thermique de celui-ci. On a constaté cependant que la tôle était susceptible de se dégager de son contact avec le pion antirotation, la languette sortant de la rainure de butée ménagée sur le pion. En n'étant pas retenue contre le pion, la partie aval de la tôle où se trouve la languette peut venir frotter 3 contre la face interne de la paroi du carter, et rayer celui-ci. Il serait souhaitable d'éliminer ce risque d'usure du carter. Objet de l'invention La présente invention a pour objectif de remédier à ce problème. Conformément à l'invention, on résout ce problème avec un dispositif pour caler en rotation un segment de distributeur en forme de secteur 10 d'anneau logé à l'intérieur d'un carter annulaire de turbomachine avec interposition d'une tôle de protection thermique entre la paroi interne du carter et la paroi externe du segment, comprenant un pion antirotation monté à la fois dans un cran ménagé sur le segment et un logement ménagé sur le carter, la tôle de protection thermique 15 comprenant une languette prenant appui contre le pion antirotation. Le dispositif est caractérisé par le fait qu'il comprend l'agencement d'une portion de surface radialement entre la languette et la dite paroi interne du carter, formant butée dans un éventuel déplacement radial de la tôle de protection thermique durant le fonctionnement de la 20 turbomachine. En interposant une butée entre la partie de la tôle susceptible de se déplacer pendant le fonctionnement de la machine, on élimine ainsi le risque de contact avec la paroi interne du carter. Selon un mode de réalisation, le pion comprenant une tête logée dans le cran du segment et une tige venant dans le logement ménagé sur le carter, ladite portion de surface est solidaire de la tête du pion antirotation. 30 Ce mode de réalisation présente l'avantage de ne concerner que le pion antirotation, le reste des pièces : segment de distributeur, tôle de protection thermique et carter restant inchangé. Il s'ensuit un avantage économique important, le pion existant pouvant être remplacé par le 35 pion modifié sans modifier les pièces environnantes. Ce remplacement peut être effectué en neuf à titre préventif ou à l'occasion d'une réparation. 40 Avantageusement, la dite portion de surface est constituée par un épaulement usiné dans la tête du pion antirotation ; plus particulièrement ladite portion de surface est formée par une patte 25 4 s'étendant parallèlement à l'axe du distributeur et prenant appui contre la paroi interne du carter. Le dispositif de l'invention trouve une application intéressante dans la configuration décrite dans le brevet FR 2 743 603, le segment de distributeur comprenant une nervure, perpendiculaire à l'axe du distributeur, prenant appui contre la paroi interne du carter et dont ledit cran est formé dans une saillie prévue sur un côté de la nervure. Alors, la tôle de protection thermique est de préférence en forme de secteur d'anneau avec une échancrure correspondant à ladite saillie, la languette étant ménagée dans le fond de l'échancrure. Plus particulièrement la tôle de protection est disposée en amont par rapport à la nervure du segment de distributeur et le pion antirotation. Dans la mesure où la caractéristique de l'invention vise le pion antirotation seul, l'invention porte également sur un pion antirotation apte à être utilisé dans le dispositif ci-dessus, le pion comprenant une tige droite et une tête avec une première face parallèle à l'axe de la tige et une portion de surface perpendiculaire à ladite première face, du côté opposé à la tige. De préférence, le pion comprend une patte perpendiculaire à l'axe de la tige droite, ladite portion de surface étant ménagée sur la patte. L'invention porte également sur un moteur à turbine à gaz comprenant un étage de turbine avec un dispositif tel que décrit ci-dessus. Description L'invention va être décrite maintenant à l'aide des figures suivantes 30 annexées à titre illustratif et non limitatif, parmi lesquelles La figure 1 représente un exemple de moteur à turbine à gaz sur lequel s'applique l'invention ; La figure 2 montre en coupe axiale une vue partielle 35 d'un distributeur de turbine monté dans le carter d'un moteur à turbine à gaz selon l'art antérieur ; La figure 3 est une vue en direction de l'axe du moteur du distributeur de la figure 2 avec une partie arrachée; La figure 4 montre le pion antirotation de l'art 40 antérieur ; La figure 5 est une vue en coupe axiale correspondant à celle de la figure 2 avec la modification de l'invention ; La figure 6 montre le pion antirotation de l'invention. En se référant à la figure 1, on voit en coupe axiale un moteur à turbine à gaz 1 du type à turbosoufflante. Il comprend de l'amont vers l'aval, ici de la gauche vers la droite, une soufflante 2 avec un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. La turbine basse pression 7 comprenant plusieurs étages mobiles sur un même rotor entraine par l'intermédiaire d'un arbre central, l'ensemble formé par la soufflante 2 et le compresseur basse pression 3. La turbine haute pression 6 à un seul étage entraîne de façon indépendante le compresseur haute pression 4. Sur la figure 2 on a représenté une vue partielle de la section de turbine basse pression 7 au niveau de sa circonférence extérieure. Un distributeur 8 ou stator est en amont d'une roue avec des aubes mobiles 9 à l'intérieur du carter 10 de la turbine. La roue mobile tourne autour de l'axe de la machine à l'intérieur d'un anneau de turbine 9'. Le distributeur 8 est formé d'aubes fixes disposées en une roue divisée en une pluralité de segments 80 répartis circonférentiellement autour de l'axe de la machine. Chaque segment 80 comprend plusieurs aubes fixes adjacentes solidaires d'un élément en secteur d'anneau 81. Le segment 80 de distributeur est maintenu à l'amont par une nervure en forme de rail 101 s'étendant axialement depuis la paroi interne du carter 10 ; un crochet amont 82 solidaire de l'élément en secteur d'anneau 81 est en appui contre la face radialement externe du rail 101. A l'aval l'élément 81 comprend une nervure radiale périphérique 83, perpendiculaire à l'axe du distributeur, qui s'appuie par une face radialement extérieure 83a et une face aval 83b sur des faces correspondantes d'un rail annulaire 102 qui s'étend axialement depuis la paroi intérieure du carter 10 avec un bord aval tourné vers l'axe. Comme on le voit également sur la figure 3, un pion antirotation 20 est logé dans un alésage radial du carter 10. Le pion 20 est en saillie à l'intérieur du carter et est logé dans un cran 83c usiné dans la nervure 83 du segment 80. Il est à noter que la nervure forme à ce niveau une surépaisseur 83' dans laquelle le cran est usiné. Comme cela est rapporté dans le brevet FR 2 743 603, la nervure 83 forme barrière aux gaz situés en amont ; il n'y a pas de communication entre la zone située à l'amont de la nervure 83 et la zone située en aval. Le pion est ajusté serré dans l'alésage du carter mais aussi dans le cran 83c. Il comporte deux flancs 22a et 22b qui sont glissés entre les flancs du cran usinés parallèlement à l'axe du distributeur. Le cran est ouvert à l'amont et est situé au centre du segment. De cette manière le segment 80 est maintenu fixe en rotation par rapport au carter tout en pouvant se dilater circonférentiellement de part et d'autre du pion et se mouvoir axialement dans une certaine mesure. Une tôle de protection thermique 30 est disposée entre le secteur d'anneau 81 du segment 80 et la paroi interne du carter. La tôle a une forme générale en secteur d'anneau qui à l'amont s'appuie contre une surface butée ménagée dans le carter qui peut être au niveau du rail amont 101. A l'aval la tôle de protection 30 est découpée en une échancrure suivant le contour de la saillie 83' de la nervure. Une languette 30a dans le fond de l'échancrure prend appui contre le pion antirotation 20. La tôle étant légèrement déformable un effet ressort peut être prévu pour assurer le maintien en place de la tôle lors du fonctionnement de la turbomachine. La figure 4 montre le pion antirotation de l'art antérieur seul. Il comporte une tige 21 cylindrique dont le diamètre permet un ajustement serré dans l'alésage du carter. Le pion comprend une tête 22 formant la barre d'un T avec la tige 21. Cette tête est de forme parallélépipédique avec deux flancs 22a et 22b parallèles à l'axe de la tige 21 et entre eux. La languette 30a de la tôle de protection vient prendre appui contre la face perpendiculaire aux deux premières 22a et 22b, disposée à l'amont lorsque le pion est dans le cran 83c de la nervure 83. On a vu que cela n'était pas suffisant et que le bord aval de la tôle de protection était susceptible de venir frotter contre la face interne du 35 carter, pouvant conduire à la formation de rainures indésirables. Conformément à l'invention, on a modifié le pion antirotation. Le pion antirotation selon l'invention porte les mêmes références que le pion de l'art antérieur auxquelles on a ajouté 100. Ce pion 120 est visible sur les figures 5 et 6. Il est semblable au pion 20 avec une tige 121 une tête 122 et des flancs 122a et 122b. Les dimensions sont les mêmes que celles du pion 20. Il comporte en plus une patte 122c qui s'étend perpendiculairement à l'axe de la tige 121 et sur la largeur de la tête 120. Elle est disposée entre la tige et la tête. Son épaisseur est calibrée. La figure 5 montre le nouveau pion 120 en position. Comme le pion 20 il assure le calage en rotation du distributeur par rapport au carter 10. Il est à noter que par rapport à l'art antérieur seul le pion a été modifié. Les autres éléments : distributeur, tôle et carter sont les mêmes. La languette est en appui contre le flanc amont de la tête 122 du pion antirotation. La patte 122c en appui contre le carter forme une surface contre laquelle le bord aval de la tôle est susceptible de venir buter. Si un frottement survient pendant le fonctionnement de la turbomachine, la surface altérée par l'usure sera la surface de la patte 122c tournée vers l'intérieur ; en réparation, il suffira le cas échéant de remplacer le pion 120 sans avoir à recharger la paroi interne du carter. Le coût de la réparation en sera fortement réduit. A titre préventif il est possible à l'occasion d'une visite de la machine de remplacer les pions antirotation existants 20 par les pions 120 de l'invention. La fonction antirotation est assurée de la même façon avec, en plus, une protection de la paroi interne du carter. REVENDICATIONS1. Dispositif pour caler en rotation un segment (80) de distributeur en forme de secteur d'anneau logé à l'intérieur d'un carter annulaire (10) de turbomachine avec interposition d'une tôle de protection thermique (30) entre la paroi interne du carter et la paroi externe du segment (80) de distributeur, comprenant un pion antirotation (120) monté à la fois dans un cran (83c) ménagé sur le segment (80) de distributeur et un logement ménagé sur le carter, la tôle de protection thermique (30) comprenant une languette (30a) prenant appui contre le pion antirotation (120), caractérisé par le fait qu'il comprend l'agencement d'une portion de surface (122c) radialement entre la languette et la dite paroi interne du carter, formant butée dans un éventuel déplacement radial de la tôle de protection thermique durant le fonctionnement de la turbomachine. 2. Dispositif selon la revendication précédente selon lequel, le pion (120) comprenant une tête (122) logée dans le cran (83c) du segment (80) de distributeur et une tige (121) venant dans le logement ménagé sur le carter, ladite portion de surface (122c) est solidaire de la tête (122) du pion antirotation. 3. Dispositif selon la revendication précédente selon lequel la dite portion de surface (122c) est constituée par un épaulement usiné dans la tête du pion antirotation. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dont ladite portion de surface (122c) est formée par une patte parallèle à l'axe du distributeur et prenant appui contre la paroi interne du carter 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, le segment (80) de distributeur comprenant une nervure (83) perpendiculaire à l'axe du distributeur prenant appui contre la paroi interne du carter, dont ledit cran (83c) est formé dans une saillie (83') prévue sur un côté de la nervure (83). 6. Dispositif selon la revendication précédente dont la tôle de protection thermique (30) est en forme de secteur d'anneau avec une échancrure correspondant à ladite saillie (83'), la languette (30a) étant ménagée dans le fond de l'échancrure. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6 dont la tôle de protection (30) est disposée en amont par rapport à la nervure (83) du segment (80) de distributeur et le pion antirotation (120). 8. Pion antirotation (120) apte à être utilisé dans le dispositif de l'une des revendications précédentes comprenant une tige (121) droite et une tête (122) avec une première face parallèle à l'axe de la tige et une portion de surface (122c) perpendiculaire à la première face du côté opposé à la tige. 9. Pion selon la revendication précédente, comprenant une patte perpendiculaire à l'axe de la tige droite (121), ladite portion de surface (122c) étant formée par la patte. 10.Moteur à turbine à gaz comprenant un étage de turbine avec un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7.15