Brevet FR2973069A1 — publié le 20120928

ANNEAU DE CARTER DE STATOR DE TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le sujet de l'invention est un anneau de carter de stator de turbomachine, délimitant une veine d'écoulement de gaz incluse dans le carter. Ce gaz, habituellement chaud, impose en général une ventilation de l'anneau par un gaz plus frais, soutiré d'une autre partie de la machine, qui est dirigé vers la face extérieure de l'anneau afin de réduire son échauffement. Une chambre de ventilation est donc établie à l'intérieur du carter autour de la veine d'écoulement des gaz, dont elle est séparée seulement par l'anneau, mais une étanchéité convenable entre la veine d'écoulement et la chambre de ventilation peut être difficile à obtenir, d'autant plus que l'anneau est le plus souvent réalisé en secteurs angulaires, qui sont séparés par des jeux et pourvus de languettes d'étanchéité à l'efficacité imparfaite. Il faut aussi que la ventilation soit uniforme sur la surface de l'anneau, afin d'éviter des insuffisances locales de ventilation et des dilatations thermiques différentielles autour de la veine, qui conduiraient à des dommages locaux des secteurs et à des baisses de rendement dues à des jeux localement excessifs entre l'anneau et des aubes tournantes situés dans la veine. Or les circuits de ventilation comprennent typiquement un petit nombre de conduits d'alimentation de la chambre de ventilation répartis autour de la circonférence. C'est pourquoi on dispose 2 souvent, comme le document US-A-5 964 575 en donne un exemple, une plaque de distribution de gaz de ventilation à travers la chambre de ventilation, qui est percée de multiples trous dont la fonction est d'étaler en l'uniformisant l'écoulement de l'air sur toute la face extérieure des secteurs ; la plaque de distribution doit être proche de cette face extérieure. Or les secteurs sont généralement pourvus de bords latéraux afin de recevoir des languettes d'étanchéité, et la face extérieure de chacun forme une cavité séparée dans laquelle la plaque de distribution est disposée. On trouve donc une plaque de distribution par secteur, qui lui est fixée par brasage de ses bords contre les bords du secteur. Cet assemblage des plaques aux secteurs respectifs est dispendieux. Les plaques et les secteurs sont eux-mêmes dispendieux à fabriquer à cause de leur forme compliquée : les secteurs sont réalisés en fonderie et les plaques doivent être embouties en leur centre à partir d'une forme plane pour les faire pénétrer dans les cavités des secteurs. L'ensemble de l'agencement est ainsi complexe et coûteux à réaliser. L'objet de l'invention est de fournir un anneau de carter de stator qui soit beaucoup plus simple et qui puisse ne pas être ventilé. De plus, une bonne étanchéité est assurée, contrairement à ce que l'on observe dans la conception antérieure. Selon une définition générale, l'invention est relative à un anneau de carter de stator de turbomachine, monté sur des extrémités de deux cloisons parallèles d'une partie principale du stator, 3 caractérisé en ce qu'il comprend une première partie annulaire essentiellement, continue sur une circonférence, au contact desdites extrémités, une seconde partie annulaire essentiellement, elle aussi continue sur une circonférence, concentrique à la première partie annulaire et délimitant une veine d'écoulement de gaz entourée par le carter, et construite en une matière différente de la première partie. Ainsi, la seconde partie annulaire, exposée à la chaleur des gaz, est construite en une matière lui résistant, pouvant être composite, alors que la première partie annulaire est destinée à l'ajustement au reste du carter de stator mais est soumise à un échauffement moindre : elle peut être construite en métal. Aucune de ces parties ne justifie de ventilation. La seconde partie a généralement une épaisseur assez importante pour que la première partie reste éloignée de la veine. Il peut alors être indiqué d'ajouter un joint en bande entre la première et la seconde partie annulaire, s'étendant d'un côté amont de l'écoulement des gaz dans la veine, afin d'éviter des recirculations de gaz dans une structure interne de la seconde partie, reliant à la première partie l'anneau de délimitation de la veine, qui seraient une cause d'échauffement de la première partie en même temps qu'une perte de rendement de la machine. Il est avantageux que la première partie annulaire soit frettée sur les extrémités, recourbées 30 en crochet d'extension essentiellement axiale, des 4 cloisons, puisque l'assemblage est alors beaucoup simplifié. Un mode d'assemblage entre les deux parties de l'anneau, qui évite de grandes transmissions de chaleur à partir de la veine et évite aussi une rigidité excessive, source de contraintes mécaniques plus importantes, est réalisé si la seconde partie annulaire possède une portion extérieure d'assemblage à la première partie annulaire, comprenant deux pieds dont un pénètre dans une feuillure de la première partie annulaire et un autre, opposé en direction axiale, est pressé contre la première partie annulaire par une agrafe. L'invention concerne encore un carter de stator de turbomachine, notamment à l'endroit d'une turbine à haute pression, comprenant ce carter de stator ; et une turbomachine comprenant un tel anneau de carter. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en liaison aux figures suivantes, qui sont données à titre illustratif, d'autres modes de réalisation étant possibles : - les figures 1 et 2 représentent une conception connue d'anneau de carter de stator ventilé ; et la figure 3 illustre une réalisation de l'invention. On se reporte aux figures 1 et 2. Un anneau d'une turbomachine - qui est seulement représentée partiellement - est composé de secteurs (1) joints en cercle autour d'une veine (2) d'écoulement des gaz et d'un étage d'aubes tournantes (3). Les secteurs (1) comprennent une portion principale (33) d'orientation essentiellement axiale dans la turbomachine, délimitant la veine (2) et venant en face des bouts des aubes 5 tournantes (3), et deux extrémités de raccordement (4 et 5) à une partie principale (6) du carter, les extrémités de raccordement (4 et 5) étant d'extension essentiellement radiale dans la turbomachine et leurs extrémités étant recourbées en crochet (7 et 8). La partie principale du carter (6) comprend deux cloisons (9 et 10) d'orientation essentiellement radiale, comportant encore des extrémités recourbées en crochet (11 et 12) servant à l'ajustement des secteurs (1) . les crochets (7) du côté amont des secteurs (1) sont insérés autour du crochet (11) de la cloison (9) correspondante tout en s'appuyant par leur extrémité radialement interne (36) contre la partie principale (33) ; alors que les crochets (8) en aval des secteurs (1) sont entourés par le crochet (12) de la cloison et en appui sur lui par une surface circulaire. L'ajustement est réalisé d'abord par une imbrication des crochets (7 et 11) en amont, puis par une rotation des secteurs (1) autour du crochet (11) pour mettre les crochets (8 et 12) en aval en contact, et enfin en ajoutant des agrafes (13) maintenant ce contact. Chacun des secteurs (1) comporte une plaque de distribution (14) percée de multiples trous (15) servant à la ventilation, dont seuls certains ont été représentés. Les plaques de distribution (14) se trouvent dans une chambre de ventilation (16) délimitée par la partie principale du carter (6) et par les 6 secteurs (1), et qui est alimentée en gaz plus frais que les gaz circulant dans la veine (2) à travers des perçages d'alimentation (17) ménagés dans une des cloisons (9). Le gaz de ventilation peut être de l'air originaire d'un compresseur de la turbomachine. Il traverse ensuite les plaques de distribution (14) puis les secteurs (1) avant d'aboutir dans des portions de la machine adjacentes à la veine (2) de manière à ne pas perturber l'écoulement des gaz. Les plaques de distribution (14) ont des bords brasés aux secteurs (1) et s'étendent ensuite à peu de distance de leurs faces externes, donnant sur la chambre de ventilation (16), en étant recourbées pour entrer dans des cavités des secteurs (1) s'étendant entre les extrémités de raccordement (4 et 5). Cette disposition garantit une bonne uniformité de la ventilation. Un joint (18) circulaire comprimé entre les crochets (8 et 12) en aval assure là l'étanchéité, alors que les crochets (7 et 11) en amont, étant imbriqués avec un serrage à l'extrémité radialement interne (36), assurent une étanchéité sans joint. Les secteurs (1) comportent des bords latéraux (19) qui viennent devant un bord semblable d'un secteur (1) voisin. Des languettes sont placées entre deux bords latéraux (19) consécutifs de manière à établir une étanchéité entre les secteurs. On trouve une languette extérieure (20) s'étendant d'avant en arrière des bords latéraux (19) à un rayon à peu près invariable, du crochet (7) au crochet (8) ; une languette oblique (21) s'étendant en diagonale entre la languette (20) précédente du côté du crochet (8) et le 7 raccordement entre la partie principale (33) et la cloison (4) amont opposée audit crochet (8) ; et une seconde languette oblique (22) faisant un angle avec la précédente et s'étendant entre elle et le raccordement entre la partie principale (33) et la cloison (5) aval. Ces languettes, et avant tout la première, limitent les fuites radiales entre secteurs (1) ; les deux dernières ont la fonction supplémentaire d'isoler une chambre (34) donnant sur la veine (2) d'écoulement et donc soumise à un échauffement plus important, mais dans laquelle aboutissent des perçages (35) traversant les bords latéraux (19) et qui y projettent un débit de fuite du gaz de ventilation, qui combat cet échauffement lui aussi. On passe au commentaire de la figure 3. Les adjectifs « axial », « radial », « angulaire » ou analogues seront encore compris selon les directions principales de la turbomachine. Par rapport à la conception antérieure, la partie principale du carter est modifiée et porte la référence (40) et l'anneau de l'invention la référence (41). La partie principale du carter (40) comprend encore deux cloisons (42 et 43) aux extrémités recourbées en crochets (44 et 45), et l'ensemble délimite encore une chambre (46) mais qui n'est pas nécessairement parcourue par un gaz de ventilation. L'anneau (41) comprend une première partie (47), dont une portion principale (48) annulaire s'appuie sur des faces radialement internes et de forme circulaire complémentaire des crochets (44, 45). L'ajustement est réalisé par frettage, ce qui maintient 8 l'anneau (41) immobile par rapport à la partie principale du carter (40) sans moyen particulier de liaison. La première partie (47) comprend encore un crochet (49) en amont, dirigé radialement vers l'intérieur et qui délimite une feuillure (50). Une deuxième partie (51) de l'anneau (41) comprend une portion principale (52) annulaire délimitant la veine d'écoulement (2) et une structure de jonction (53) reliant cette portion principale (52) à la première partie (47) ; elle comprend notamment deux pieds (54 et 55) en appui sur la portion principale (48) de la première partie (47) et dont le premier est engagé dans la feuillure (50), alors que le second, en aval du précédent, forme un assemblage serré avec le crochet (45) et l'extrémité aval de la portion principale (48) au moyen d'agrafes (56). Des nervures de la structure de jonction (53) peuvent être entrecroisées en X pour joindre les pieds (54 et 55) à la portion principale (52), comme on l'a représenté ici, ou être différentes. Un joint en bande (56), dont la section est courbe en C, relie le crochet (49) à la portion principale (52) de la seconde partie (51) en amont, et obture le jeu les séparant pour empêcher des recirculations de gaz de la veine (2) à travers la structure de jonction (53). La première partie (47) est métallique et peut donc être frettée sans inconvénient sur les crochets (44 et 45), et la seconde partie (51) est en matière composite résistant bien à la chaleur de la veine (2). La transmission de la chaleur des gaz de la veine (2) à la première partie (47) est limitée par 9 l'épaisseur de la structure de jonction (53), par la finesse de la section de ses nervures et par la conductivité relativement faible de la matière composite, tous ces éléments contribuant à réduire la conduction thermique, de même que le barrage à l'écoulement procuré au joint (56). La liaison assez souple entre les deux parties (47 et 51) réduit la transmission de contraintes à la matière composite. Le crochet (45) en aval est recourbé pour donner une butée axiale (58) à l'anneau (41), qui peut aussi buter contre une structure de distributeur (59) disposée du côté amont et comprenant des aubes fixes assurant un redressement de l'écoulement. L'anneau (41) est alors parfaitement retenu en direction axiale.15 REVENDICATIONS1. Anneau (41) de carter de stator de turbomachine, monté sur des extrémités de deux cloisons (42, 43) parallèles d'une partie principale (40) du carter, caractérisé en ce qu'il comprend une première partie (47) annulaire (48) essentiellement, continue sur une circonférence, au contact desdites extrémités, une seconde partie (51) annulaire (52) essentiellement, elle aussi continue sur une circonférence, concentrique à la première partie annulaire et délimitant une veine (2) d'écoulement de gaz entourée par le carter, et construite en une matière différente de la première partie. 2. Anneau de carter de stator de turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie (47) annulaire est métallique et la seconde partie (51) annulaire est en matière composite. 3. Anneau de carter de stator de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un joint (57) en bande entre la première et la seconde partie annulaire, s'étendant d'un côté amont de l'écoulement des gaz dans la veine. 4. Anneau de carter de stator de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première partie annulaire est frettée sur lesdites extrémités, 11 recourbées en crochets (44, 45) d'extension axiale essentiellement, des cloisons. 5. Anneau de carter de stator de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la seconde partie annulaire possède une portion extérieure d'assemblage à la première partie annulaire, comprenant deux pieds (54, 55) dont un pénètre dans une feuillure (50) de la première partie annulaire et un autre, opposé en direction axiale, est pressé contre la première partie annulaire (48) par une agrafe (56). 6. Anneau de carter du stator selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'agrafe chevauche aussi une desdites extrémités des cloisons. 7. Anneau de carter de stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'extrémité d'une des cloisons comporte une butée (58) en direction axiale de l'anneau (41). 8. Carter de stator de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte un anneau selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Carter de stator de turbomachine selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'anneau est à l'endroit d'une turbine à haute pression.12 10. Turbomachine comportant un anneau de carter de stator selon l'une quelconque des revendications 8 et 9.