Brevet FR2972760A1 — publié le 20120921

ANNEAU DE CARTER DE TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le sujet de l'invention est un anneau de carter de turbomachine, du genre comprenant des secteurs disposés en cercle en délimitant une veine d'écoulement de gaz incluse dans le carter. Le gaz chaud de l'écoulement impose une ventilation des secteurs par un gaz plus frais, soutiré d'une autre partie de la machine, qui est dirigé vers la face des secteurs opposée à la veine d'écoulement afin de réduire leur échauffement. Une chambre annulaire de ventilation est donc établie à l'intérieur du carter autour de la veine d'écoulement, dont elle est séparée seulement par les secteurs, ce qui oblige à instaurer une étanchéité entre les secteurs afin d'éviter autant que possible la communication et les fuites entre la veine d'écoulement et les chambres de ventilation. La ventilation des secteurs doit être uniforme 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 souvent, comme 2 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. Il apparaît aussi qu'une bonne étanchéité est difficile à obtenir avec ces conceptions. L'invention a pour sujet un anneau de carter de turbomachine qui est amélioré sous ces différents aspects : il est composé de pièces de forme simple, faciles à fabriquer et à assembler, moins nombreuses, et il permet une bonne étanchéité entre la veine d'écoulement des gaz et la chambre de ventilation, avec très peu de perturbations a l'écoulement. 3 Elle concerne, sous une forme générale, un anneau de carter de turbomachine comprenant des secteurs disposés en cercle en délimitant une veine d'écoulement de gaz incluse dans le carter, les secteurs étant munis d'extrémités de raccordement à deux extrémités, recourbées en crochet, de cloisons parallèles et circulaires appartenant à une partie principale du carter, et délimitant une chambre annulaire de ventilation des secteurs, l'anneau comprenant encore une virole entourant les secteurs dans la chambre de ventilation et munie de perçages distribuant un gaz de ventilation des secteurs, caractérisé en ce que la virole est continue sur un cercle et ajustée par frettage sur l'extrémité d'au moins une des cloisons. La continuité de la virole sur un cercle permet de la construire facilement et de l'ajuster sur la partie principale du carter plutôt que sur les secteurs. L'ajustement par frettage est beaucoup plus facile à exécuter que les brasages classiques. La virole contribue à l'étanchéité grâce à sa continuité sur la circonférence de l'anneau et au frettage, alors que les plaques distributrices classiques n'auraient aucune utilité pour cela. Divers perfectionnements sont envisageables. C'est ainsi que, d'une façon très avantageuse, les bords latéraux des secteurs sont supprimés : il devient possible de les fabriquer avec des procédés plus simples que le moulage de fonderie, et la virole peut avoir une section uniforme sur toute 4 la circonférence tout en pénétrant dans les cavités des secteurs. Les secteurs peuvent être reliés entre eux par des groupes de trois languettes d'étanchéité comprenant une languette centrale disposée en direction axiale de la turbomachine dans des parties principales (qui délimitent la veine d'écoulement) de deux des secteurs et deux languettes disposées respectivement dans les extrémités de raccordement desdits deux secteurs, les groupes de languettes ayant une extension essentiellement continue entre deux faces d'appui des secteurs : une barrière efficace aux fuites de gaz est alors obtenue de façon particulièrement simple. L'invention concerne encore un carter de turbomachine comprenant l'anneau conforme à l'invention, notamment à une portion de turbine à haute pression ; et une turbomachine comportant ce carter. Elle sera maintenant décrite en détail à l'aide des figures suivantes, qui sont données à titre purement illustratif, d'autres modes de réalisation étant envisageables : - les figures 1 et 2 sont des vues d'un anneau de carter connu, qui représentent respectivement une coupe centrale et un bord d'un des secteurs ; - et la figure 3 est une vue d'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 tournantes (3), et deux extrémités de raccordement (4 5 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 secteurs (1), et qui est alimentée en gaz plus frais 6 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 raccordement entre la partie principale (33) et la 7 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. On passe à la description de la figure 3 et de l'invention. La partie principale du carter (6) n'est pas modifiée ou presque. Les secteurs (23) ont une section peu différente des secteurs (1) précédents, où l'on retrouve en particulier une partie principale (33) et des extrémités de raccordement (4 et 5) munies de crochets (7 et 8), mais ils sont ici dépourvus des bords latéraux (19), c'est-à-dire que leur section est uniforme sur toute leur étendue angulaire sur l'anneau de carter. La plaque de distribution (24) est ici une virole unique sur toute la circonférence de l'anneau de stator, et donc commune à tous les secteurs (23), et sa section est uniforme. Elle longe encore les faces externes des secteurs (23), mais ses extrémités sont modifiées et comprennent une extrémité (25) amont coiffant le crochet (7) et comprenant un bord recourbé (26) sur le crochet (11) de la cloison (9), et qui peut 8 encore servir de référence de montage en s'appuyant sur une butée (27) axiale établie sur le crochet (11) ; et une extrémité (28) aval à rayon constant, engagée entre les crochets (8 et 12) et serrée par l'agrafe (13), qui est frettée sur le crochet (12) de la partie principale de carter (6). Le bord recourbé (26) peut aussi être fretté sur le crochet (11), sans que ce soit nécessaire. Les secteurs (23) voisins sont encore joints par trois languettes, mais différentes de celles de la conception précédente, dont une languette centrale (29) d'orientation axiale s'étendant à travers la partie centrale de deux secteurs (23) consécutifs, et deux languettes latérales (30 et 31) d'orientation radiale joignant les extrémités de la languette centrale (29) à l'extrémité radialement interne (36) du crochet (11) de la cloison (9) en amont et au joint (18) dans l'extrémité (28) aval de la virole (24). Les languettes (29, 30 et 31) procurent donc une barrière continue d'étanchéité entre deux régions des secteurs (23) qui sont elles-mêmes en étanchéité avec les éléments sur lesquels elles s'appuient. La languette centrale (29) étant parallèle à la veine (2) et proche d'elle, l'écoulement des gaz est très peu perturbé. En l'absence de bords latéraux (19), il est inutile de procurer une ventilation spéciale d'une chambre (34) entre les secteurs (23) est près de la veine (2). La virole (24) procure une autre barrière d'étanchéité, entre la veine (2) et la chambre de ventilation (16) grâce au frettage en aval, éventuellement en amont, et à sa continuité sur un cercle. 9 Des pions d'arrêt (32) sont établis sur les crochets (8) aval des secteurs (23) pour pénétrer dans des évidements correspondants des crochets (12) de la cloison (5) et assurer ainsi le maintien en position des secteurs (23). Les secteurs (23) peuvent être fabriqués beaucoup plus facilement que par un moulage de fonderie, de même que la virole (24), qui peut être produite par un procédé FRS (filé - roulé - soudé). Le montage s'effectue d'abord en installant les extrémités (25 et 28) de la virole (24) sur les crochets (11 et 12) par un mouvement axial vers l'amont, puis en installant les secteurs de la même façon que précédemment, en engageant d'abord leurs crochets (8) amont dans les crochets (11) de la cloison (4), puis en basculant les secteurs (23) de manière à réaliser le contact entre les crochets (8 et 12), ici par l'intermédiaire des extrémités (28). Les agrafes (13) sont ensuite installées. Les cavités des secteurs (23) forment un 20 volume libre ininterrompu sur la circonférence de l'anneau, dans lequel s'étend la virole (24). Les crochets (7) des secteurs (23) s'étendent entre le crochet (11) d'une des cloisons (9) et une extrémité (25) de la virole. Le joint (18) est 25 comprimé contre l'extrémité (28) opposée de la virole (24). REVENDICATIONS1. Anneau de carter de turbomachine, comprenant des secteurs (23) disposés en cercle en délimitant une veine (2) d'écoulement de gaz incluse dans le carter, les secteurs étant munis d'extrémités de raccordement (4, 5) à deux extrémités (11, 12), recourbées en crochet, de cloisons (9, 10) circulaires appartenant à une partie principale du carter (6) et délimitant une chambre annulaire de ventilation (16) des secteurs, une virole (24) entourant les secteurs (23) dans la chambre de ventilation (16) et munie de perçages (15) de ventilation des secteurs, caractérisé en ce que la virole est continue sur un cercle et ajustée par frettage sur au moins une des extrémités (12) recourbées en crochet. 2. Anneau de carter de turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que les secteurs (23) ont une section essentiellement uniforme en direction de la circonférence de l'anneau, avec chacun une cavité appartenant à la chambre de ventilation et formée entre une partie principale (33) du secteur d'orientation essentiellement axiale et les extrémités de raccordement (4, 5), d'orientation essentiellement radiale, et les cavités forment un volume libre ininterrompu sur la circonférence de l'anneau dans lequel s'étend la virole (24). 3. Anneau de carter de turbomachine selon la revendication 2, caractérisé en ce que les secteurs (23) sont reliés entre eux par des groupes de trois 11 languettes d'étanchéité (29, 30, 31), comprenant une languette centrale (29) disposée dans des parties principales (33), délimitant la veine d'écoulement, de deux des secteurs, et deux languettes disposées respectivement dans les extrémités de raccordement (4, 5) desdits deux secteurs, les groupes de languettes ayant une extension essentiellement continue entre deux faces d'appui des secteurs (23). 4. Anneau de carter de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une première des extrémités de raccordement des secteurs est recourbée en crochet (7) et s'étend entre l'extrémité recourbée en crochet (11) d'une dés cloisons et une extrémité (25) de la virole, et une extrémité opposée (28) de la virole s'étend entre une seconde des extrémités de raccordement des secteurs, encore recourbée en crochet (8), et une seconde des parties recourbées en crochet (12) des cloisons à laquelle elle est frettée. 5. Anneau de carter de turbomachine selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un joint (18) circulaire disposé dans la seconde extrémité de raccordement des secteurs (23) et comprimé contre ladite extrémité opposée (28) de la virole, et les groupes de languettes (29, 30, 31) finissent contre le joint (18). 6. Anneau de carter de turbomachine selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première des extrémités recourbées en crochet (11) des cloisons 12 est imbriquée dans le crochet (7) de la première des extrémités de raccordement des secteurs (23), avec une extrémité (36) radialement interne serrée contre les secteurs (23). 7. Anneau de carter de turbomachine selon les revendications 3 et 6, caractérisé en ce que les groupes des languettes (29, 30, 31) finissent contre ladite extrémité (36) radialement interne. 10 8. Carter de turbomachine comportant l'anneau selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15 9. Carter de turbomachine selon la revendication 8, où l'anneau appartient à une portion de turbine à haute pression. 10. Turbomachine comportant le carter 20 selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9.5