Brevet FR2972484A1 — publié le 20120914

ENSEMBLE STATORIQUE DE TURBINE COMPORTANT DES MOYENS DE PROTECTION THERMIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention propose un ensemble statorique 5 de turbine comportant des moyens de protection thermique d'une paroi du carter de la turbine. L'invention propose plus particulièrement un ensemble statorique de turbine qui comporte des secteurs d'anneau et des moyens pour limiter l'effet du 10 rayonnement thermique provenant des secteurs d'anneau. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans une turbomachine d'aéronef, la position radiale du sommet des aubes de la turbine haute pression varie selon les conditions de 15 fonctionnement de la turbomachine, notamment du fait que les aubes se dilatent plus ou moins car elles sont chauffées par les gaz de combustion et aussi du fait que la vitesse de rotation de la turbomachine provoque un allongement des aubes plus ou moins important par 20 action centrifuge. Les aubes de la turbine haute pression sont agencées dans une veine de la turbine, qui est délimitée par un anneau externe formé d'une pluralité de secteurs d'anneau adjacents. Les sommets des aubes 25 évoluent à proximité de la face interne de chaque secteur d'anneau. Puisque la position radiale du sommet de chaque aube varie en fonction des conditions de 2 fonctionnement de la turbomachine, le jeu radial entre le sommet de chaque aube et les secteurs d'anneau varie lui aussi. Si ce jeu est trop important, un tourbillonnement des gaz se produit au niveau du sommet de chaque aube, ce qui nuit à l'efficacité de la turbomachine. Si le jeu est trop faible, le sommet d'une aube peut venir en contact avec un secteur d'anneau et endommager celui-ci. L'ensemble statorique d'une turbine de turbomachine comporte un carter externe qui porte les secteurs d'anneau et qui est réalisé de manière à contrôler l'étendue de ce jeu radial. Pour cela, le carter comporte des bosses agencées sur une paroi annulaire du carter, sur lesquelles un flux d'air plus froid que la température du carter est injecté pour refroidir le carter et provoquer une contraction radiale du carter. Cette contraction du carter amène une diminution du diamètre du carter et un rapprochement radial des secteurs d'anneau par rapport aux les sommets des aubes. Le carter est généralement appelé "carter de pilotage". La liaison entre les secteurs d'anneau et le carter est réalisée par l'intermédiaire d'entretoises radiales fixées au carter d'une part et aux secteurs d'anneau d'autre part. Un tel mode de fixation des secteurs d'anneau est décrit par exemple dans le document 30 EP 1.903.186. 3 Chaque entretoise s'étend sur un secteur angulaire et chacune est fixée à deux secteurs d'anneau associés. Les entretoises étant fixées au carter de pilotage, elles sont donc mobiles radialement pour permettre le déplacement radial des secteurs d'anneau. Aussi, un jeu de fonctionnement est présent entre deux entretoises adjacentes. Cependant, à cause du jeu entre les entretoises, de l'air, qui est utilisé pour le refroidissement des secteurs d'anneau, peut s'échapper au travers de ce jeu pour atteindre la veine de la turbine haute pression, réduisant alors l'efficacité de la turbine haute pression et de la turbomachine. De plus, le montage des entretoises sur le carter de pilotage est relativement complexe et la masse des entretoises réduit la performance générale de la turbomachine. Pour réduire ces problèmes, il a été proposé de fixer les secteurs d'anneau directement sur le carter, par l'intermédiaire de pattes de fixation radiales. La paroi annulaire du carter se trouve alors directement en vis-à-vis des secteurs d'anneau. Les secteurs d'anneau sont en contact direct avec les gaz d'échappement provenant de la chambre de combustion. De ce fait, les secteurs d'anneau sont chauffés fortement par ces gaz, et ils réchauffent à leur tour la paroi annulaire du carter par rayonnement thermique. 4 Ce chauffage de la paroi annulaire limite l'efficacité du refroidissement par l'air injecté sur les bosses de pilotage, rendant ainsi le pilotage du jeu entre le sommet des aubes et les secteurs d'anneau difficile. L'invention a pour but de proposer un ensemble statorique de turbine pour lequel la température des secteurs d'anneau ne perturbe pas le pilotage du jeu radial. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un ensemble statorique de turbine d'aéronef, qui comporte un carter qui porte un ensemble de secteurs d'anneau qui délimite en partie un conduit de passage d'un flux de gaz au travers la turbine, le carter comportant des moyens de réglage dynamique de la position radiale des secteurs d'anneau par l'injection contrôlée d'un flux d'air sur des portions d'une paroi annulaire du carter, ledit ensemble statorique comportant deux pattes radiales de liaison de chaque secteur d'anneau au carter, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de guidage d'un flux d'air le long d'une face annulaire interne de la paroi annulaire du carter située axialement entre les pattes radiales. Le flux d'air circulant le long de la paroi annulaire du carter permet de refroidir la paroi annulaire du carter, et aussi de former une protection contre les rayonnements thermiques provenant des secteurs d'anneau. Le pilotage de jeu entre les secteurs d'anneau et les sommets des aubes est ainsi facilité. De préférence, ledit conduit de guidage débouche en direction des secteurs d'anneau. 5 De préférence, la patte radiale amont comporte des orifices qui débouchent dans ledit conduit de guidage. De préférence, le conduit est délimité radialement par la paroi annulaire du carter et par une tôle annulaire qui est agencée radialement entre la paroi annulaire et les secteurs d'anneau. De préférence, la tôle annulaire est située axialement entre les pattes radiales, et chaque extrémité axiale de la tôle annulaire est en appui axialement contre une face en vis-à-vis d'une patte radiale associée. De préférence, la tôle annulaire est comprimée axialement entre les deux pattes radiales. De préférence, la tôle annulaire est composée de plusieurs tronçons répartis circonférentiellement, qui sont reliés entre eux de manière télescopique. De préférence, au moins l'une des deux pattes radiales est réalisée d'une seule pièce avec le carter. L'invention propose aussi une turbine de turbomachine d'aéronef caractérisé en ce qu'elle comporte un ensemble statorique composé d'un carter selon l'invention et composé d'une pluralité de secteurs d'anneau qui sont fixés directement au moins à la patte radiale amont du carter. L'invention propose aussi une turbomachine d'aéronef comportant une turbine selon l'invention et/ou un carter selon l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres çaractéristiques et avantages de ,lelln)i"eP".O.n apparaîtront à la lecture de. le description détaillée qui $.,Uit pour oep.t4benioli.., 'de laquelle on ID'Orte.re aUX. riguree anneXéeS parmi lesquelles, : 10 - là figure 1, est une.. vue en coupe axiale. Partielle.. d'une turbomachine comportant. 'un carter réalleé. Conformément à l'invention ; figure 2 est. un détail à. plus. grande échelle de l'eheemble statorique de. la turbine 15 représentée à là. figure 1 .-. la. figure.. 3 eet. un détail en perspective du carter et de la tôle annulaire représentés figure 2, montrant les deux tronçons de la tôle annulaire délimitant le conduit annulaire. .... .... ..... :. .. EXPOSE. DÉTAILLÉ DE.. MODES :DÉ RÉALISATION PARTICULIERS On e représenté.. partielleMent à la figure 1 une tUrbeMachine. ID. d'axe .. principal. A, qui comporte successivement, dan le sens. d'écoulement flux de.. 25 gaz, ,c'est-à-dire ici, de gauche., à droite,. un .COMpres.aeUr, haute pression, 12r une chambre.. 1,e, combustion 14 et. une turbine haute pression La turbine haute. pression comporte. une. cOnduite. annulaire:. :18r communément. appelée "veine" au 30.: travers dé laquelle les gaz provenant de la chambre de 20 combustion 14. CiTenletit de l'amont Véra. dea distributeurs 20 fixes ef. dea aubes 22 mobiléa eini aient agencées dans la veine le+ Les aubes 2,2 sont portée:ai :par un. Carpe haute pression. 24 de la turbine haute presSiont qui. est-mobile en rotation aütoür. de. l'axe principal. A de turbomaehihé 10, et relie là turbine haute: pression au icompresseur hautepression .12. La turbine :.heute presele4e PPMPPtie ensemble statorique, radialement externe qui délimite en partie la. veine 18 et qui comporte une pluralité. de, secteurs d'anneau 28 adjacente qui délimitent radialement la veine.: 18. L'ensemble statorique comporte aussi un 15 carter externe 30 de la turbine haute pression: qui porte les secteurs d'anneau 28, dOMMe eh 'peut- le voir plus en détaila .:4 la figure. 2e Le carter 30 comporte une paroi annulaire 3.4 Située. radialement à distance des secte-Lire d'anneau 20 28 éUt. la :fade interne. 34i. de laquelle les secteurs. d'anneau 28 sont montés, Le. Carter: 30 est. aussi réalisé de manière à. perMettTe un.. réglage dynamique de la position radiale des secteure (Panneau 28. par rapport.. à. l'axe principal 25.. A de la turbomachine 10, pour optimiser le jeu radie. entre le sommet. 32 de chaque. aube 22 et face interne 28 en viseàevis de chaque secteur d'anneau 2.8. 'rglage dynamique s'effectue- selon lee ÇenditionSi '.ç4e fonctionnement (ie. turbomachine 10, il.: consiste .K.J-Çpalente.. Le boîtier de pilotage 60 comporte des bosses 36 qui sont réalisées sur la face externe 34e de la paroi annulaire 34. Les bosses 36 sont formées pour favoriser les échanges de chaleur avec l'air injecté. Le boîtier de pilotage 60 est multi-perforé, c'est-à-dire qu'il comporte une pluralité de perforations traversées par l'air pour permettre un refroidissement des bosses 36 par impact avec l'air. En fonction de la quantité d'air qui est injectée sur les bosses 36, le carter 30 est refroidi de manière plus ou moins importante et l'amplitude de sa dilatation est ainsi maitrisée. Les secteurs d'anneau 28 sont montés sur la paroi 34 du carter 30, ils se déplacent donc radialement de manière solidaire à la dilatation ou la contraction du carter 30. Ainsi, l'air projeté sur les bosses 36 permet de modifier la position radiale des secteurs d'anneau 28 par rapport à l'axe principal A de la turbomachine 10. 9 Le montage de chaque secteur d'anneau 28 sur le carter de pilotage 30 est réalisé par l'intermédiaire de deux pattes radiales 38, 40 qui s'étendent radialement depuis la paroi annulaire 34 du carter de pilotage 30 jusqu'au secteur d'anneau 28. Une première patte radiale 38 amont est située au niveau de l'extrémité amont 28a de chaque secteur d'anneau 28, selon le sens de l'écoulement du flux de gaz et une deuxième patte radiale 40 aval est située au niveau de l'extrémité aval 28b du secteur d'anneau 28. L'extrémité radiale interne 38a, 40a de chaque patte radiale 38, 40 est fixée à l'extrémité associée 28a, 28b du secteur d'anneau 28, par des moyens de fixation conventionnels. L'extrémité radiale externe 38b, 40b de chaque patte radiale 38, 40 est fixée à la paroi annulaire 34 du carter 30. Ici, les deux pattes radiales 38, 40 sont réalisées d'une seule pièce avec la paroi annulaire 34 du carter 30. Selon une variante de réalisation, au moins l'une des deux pattes radiales 38, 40, de préférence la patte radiale amont 38, est réalisée d'une seule pièce avec la paroi annulaire 34 du carter. Un tel mode de réalisation des pattes radiales 38, 40 permet de simplifier localement la structure de la turbomachine 10, en réduisant le nombre de pièces. De plus, cela permet de limiter le poids de l'ensemble, notamment par la suppression des moyens de 10 fixation des pattes radiales 38, 40 à la paroi annulaire 34 du carter 30. En outre, les pattes radiales 38, 40 sont fixes par rapport à la paroi annulaire 34, ce qui élimine les jeux de fonctionnement et donc les éventuelles fuites d'un flux d'air de refroidissement des secteurs d'anneau 28. Chaque patte radiale 38, 40 consiste globalement en une couronne plane qui s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe principal A de la turbomachine 10. Selon un autre aspect du carter de pilotage 30, chaque patte radiale 38, 40 est positionnée axialement au niveau d'une bosse de pilotage 36. Ici, le carter 30 comporte deux bosses de pilotage 36, qui sont décalées axialement l'une par rapport à l'autre. Ainsi, la patte radiale amont 38 est située axialement au droit de la bosse de pilotage 36 située en amont, et la patte radiale aval 40 est située axialement au droit de la bosse de pilotage 36 située en aval. Les secteurs d'anneau 28 sont en contact direct avec les gaz issus de la chambre de combustion, dont la température est importante. Ils sont par conséquent chauffés à une température relativement importante. De plus, la face annulaire interne 34i de la paroi annulaire 34, qui est délimitée axialement par les pattes radiales 38, 40, est située radialement en vis-à-vis des secteurs d'anneau 28. 11 Les secteurs d'anneau 28 risquent donc de chauffer la paroi annulaire 34 du carter 30 par rayonnement thermique. Cet échauffement de la paroi annulaire 34 limite l'efficacité de l'air de refroidissement projeté sur les bosses de pilotage 36 et aussi, il complique le pilotage du jeu entre les secteurs d'anneau 28 et les sommets des aubes 22. C'est pourquoi, selon l'invention, le carter 30 comporte un conduit annulaire 46 de guidage d'un flux d'air le long de la face interne 34i de la paroi annulaire 34, qui est située axialement entre les deux pattes radiales 28, 40. En circulant le long de la face interne 34i de la paroi annulaire 34, le flux d'air refroidit la paroi annulaire 34 du carter 30. Aussi, le flux d'air forme un barrage au rayonnement thermique provenant des secteurs d'anneau 28. Selon une variante de réalisation, le flux d'air qui traverse le conduit annulaire 46 est aussi utilisé pour le refroidissement des secteurs d'anneau 28. En effet, comme décrit précédemment, les secteurs d'anneau sont chauffés par les gaz issus de la chambre de combustion 14 et la température élevée réduit la durée de vie des secteurs d'anneau 28. Pour cela, le conduit annulaire 46 est réalisé de manière qu'il débouche en direction des secteurs d'anneau 28. Chaque secteur d'anneau 28 comporte des orifices internes (non représentés) et porte une tôle 12 44 en forme de U pour le cheminement de l'air de refroidissement provenant du conduit annulaire 46. De préférence, le flux d'air circule globalement axialement, de l'amont vers l'aval dans le conduit annulaire 46, en refroidissant la paroi annulaire 34 du carter 30 puis il est redirigé radialement vers les secteurs d'anneau 28 pour leur refroidissement, à partir de l'extrémité aval du conduit annulaire 46. Le conduit annulaire 46 est délimité axialement par les deux pattes radiales 38, 40. L'alimentation en air de refroidissement du conduit annulaire 46 est réalisée par l'intermédiaire d'orifices 42 réalisés dans la patte radiale amont 38 et qui débouchent dans l'extrémité amont du conduit annulaire 46. Ces orifices 42 sont répartis angulairement de manière homogène autour de l'axe principal A de la turbomachine 10, pour avoir une répartition régulière d'air dans le conduit annulaire 46. L'extrémité aval du conduit annulaire 46 est en outre réalisée de manière à déboucher en direction des secteurs d'anneau 28. Le conduit annulaire 46 est délimité radialement par la paroi annulaire 34 du carter 30 d'une part et par une tôle annulaire 48 d'autre part. La tôle annulaire 48 est agencée radialement entre la paroi annulaire 34 et les secteurs d'anneau 28. Pour limiter les fuites d'air entre les pattes radiales 38, 40 et la tôle annulaire 48, les 13 extrémités axiales de la tôle annulaire 48 sont en appui axialement contre les faces en vis-à-vis des pattes radiales 38, 40. De préférence, cet appui est favorisé par une déformation élastique de la tôle annulaire 48, qui est comprimée axialement entre les deux pattes radiales 38, 40. La tôle annulaire 48 est de forme convexe et bombée vers l'extérieur, de sorte que les bords d'extrémité axiale amont et aval de la tôle annulaire 48, qui sont en appui contre les faces radiales en vis-à-vis des pattes radiales 38, 40, sont au moins en partie orientées radialement vers l'axe principal A de la turbomachine 10. L'extrémité aval 50 de la tôle annulaire 48 comporte en outre des orifices de sortie 52 qui sont orientés globalement vers la tôle en U 44 portée par chaque secteur d'anneau 28 et par lesquels le flux d'air qui sort du conduit annulaire 46 est orienté en direction des secteurs d'anneau 28. Pour permettre son montage sur le carter 30, entre les deux pattes radiales 38, 40, comme on peut le voir plus en détails à la figure 3, la tôle annulaire 48 est réalisée en plusieurs tronçons 54 s'étendant chacun sur un secteur angulaire. Par exemple, la tôle annulaire 48 est réalisée en trois tronçons 54 qui s'étendent chacun sur un secteur angulaire d'environ 120 degrés. La liaison entre deux tronçons 54 adjacents est réalisée de manière à permettre un déplacement relatif des tronçons l'un par rapport à l'autre, selon une direction perpendiculaire à un plan radial. Ici, la liaison "entre les."' extrémités associées de deux tronçons 54 adjaeeeà est du type "télescopique, d'est à dire qUé. d'Un tronçon ..54 est' reçue. dans. l'extrémité de l'autre tronçon 54, et' est apte à PPUlisSer selon direction. perpendiculaire eu pla. radial. Ce déplaCement. relatif des tronçons 54 par rapport à.. l'autre permet une.. variation. 'du. diamètre de le. tôle. annulaire 48 simultanément à la variation de la dilatation du. carter. 30., par. exemple lors. du. Pilotage du jeu entre:. les secteurs d'anneau 28 . les sommets.' des. aubes 22e. évitant ainsi que des contraintes eécaniques internes. 4". la tôle annulaire 48 ou au carter de pilotage 30. ne soient produites. Chaque tronçon 54 de: la tôle annulaire 48 est fixé al*. carter 30 Par"- l'intermédiaire de vis radiales 56 gui traversent Per'Pi. annulaire 34'Une rondelle 58 associée à chaque vie.. 5e" est comprimée r.e.dialement. par: le vis radiale 5e entre le. tôle annulaire 4:'8 et là paroi. annulaire 34 pour maintenir un espace. "prédéfini correspondant conduit. annulaire 4e de passage d'air. L'invention qui.. vient d'être décrite., fait.. réf,étefloe. à. la, partie stetorique dg la turbine.. 'haute' 25 pression de la turbomachine 10, gui comporte le carter 30 et. les secteurs ..d'anneau 28. I1 sel-à compris que l'invention. n'est. pàé. limitée au carter 30, et' 4... la turbine, haute pression, et que l'invention concerne aussi la:. partie statorique 30 de turbine basse pression. de la 15 turbomachine 10, qui comporte aussi un carter et des secteurs d'anneau similaires.5 REVENDICATIONS1. EhSemble statbriee de turbine d'aéronef: qui. comporte un :carter (3'0') qui porte un ensemble de. secteurs d'anneau.. (28) qui .délimite: en partie un. conduit de passage. d'un flux de gaz. au travers la turbine, le carter (30) comportant 'des moyens de réglage dynamique de position radiale. des secteurs IO. d'anneau (28) r 1`injection contrôlée. d`un flux clair sur. des portidns d'une paroi annulaire (34) carter. (30), ledit ensemble statorique comportant deux pattes radiales (3. de. liaison... de chaque secteur. 15E' d'anneau (28) au carter (30) caractérisé en ce qu"il. comporte un conduit de guidage: (46) d'un flu4:. 'd'air le long. d'une face: annulaire. interne «34i Cie la paroi annulaire (34) du'. carter. (30) située axialeMent entre lespattes. radiales' 20 '(U, 40) , 2. Ensemble statorique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit conduit de' guidage (46) débouche en direction des 25 secteurs d'anneau (28). 3. Ensemble statorique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la patte radiale amont (38) comporte des 30 orifices (42) qui débouchent dans ledit conduit de guidage (416). 4. Ensemble statorique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit (46) st délimité radialement par là paroi annulaire (34) du carter (30) et par une tôle {48) annulaire qui est agencée radialement entre la paroi annulaire (M) et les secteurs d'anneau (28). 5- Ensemble statorique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tôle (48) annulaire est située axialement entre les pattes radiales (3$, 4:0.)a chaque extrémité axiale de la tôle (48) annulaire est en appui axialement contre une face en vis-à-vis d'une patte radiale (38 40)' associée. 6. Ensemble statorique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tôle annulaire (48) est comprimée axialement entre les deux pattes radiales (38, 40). 20 7. Ensemble statorique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tôle (48) annulaire est composée de plusieurs tronçons (54) répartis circonférentiellement, qui sont reliés entre 25 eux de manière télescopique. 8.. EnseMble. atatoriqüe selon l'Une qnelCOnque. des revendications précédentes caractérisé en Ce.. 4;4Ue: an moins l'une. des deUx. pattés radiales (3e 30 4:0) est réalisée d'Une seule. Pièce avec le carter. .(30).15Turbine. de turbomachine t10j. 'd'aéronef caractérisé en ce qu'elle comporte. uh. ensemble. statorique selon IlUne. quelconque des. revendications précédentes, :et composé d'Une pltralitéi de secteurs d'anneau (28) OP', sont fixéS directement au moins . la patté.: radiale. amont: (38) du carter (30). 10. Turbomachine (10) d'aéronef comportant une turbine selon la revendication précédente et/ou un ensemble statorique selon l'une quelconque des revendications :`1 à 8.