Brevet FR2989724A1 — publié le 20131025

Etage de turbine pour une turbomachine L'invention concerne un étage de turbine pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Typiquement, un étage de turbine de ce type comprend un distributeur fixe et une roue de turbine montée en aval du distributeur et à l'intérieur d'un carter annulaire. Le distributeur comprend deux plates-formes coaxiales s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre elles par des aubes sensiblement radiales. La plate-forme externe comprend deux pattes annulaires, respectivement amont et aval, qui s'étendent radialement vers l'extérieur et qui comportent à leurs périphéries externes des moyens d'accrochage sur le carter. Le distributeur est maintenu radialement par des crochets du carter. La patte annulaire aval du distributeur est en appui radial vers l'extérieur sur un rail cylindrique du carter et en appui axial vers l'aval sur un jonc annulaire fendu logé dans une gorge annulaire du rail débouchant radialement vers l'intérieur. La roue est formée d'un disque de rotor portant à sa périphérie des aubes. Elle est montée tournante à l'intérieur d'un anneau sectorisé porté par le carter. Chaque secteur d'anneau comprend à son extrémité amont un organe circonférentiel à section en C qui est engagé sur le rail de carter et qui maintient radialement le jonc dans la gorge précitée du rail. L'organe en C est engagé sur le rail de carter par une translation axiale depuis l'aval suivie d'un mouvement de basculement du secteur d'anneau. Pour cela, le secteur d'anneau est d'abord disposé de sorte que son extrémité amont soit située radialement à l'extérieur par rapport à son extrémité aval. Le secteur d'anneau est déplacé vers l'amont, l'organe en C est engagé sur le rail de carter sur une distance axiale donnée, puis l'extrémité aval du secteur d'anneau est basculée radialement vers l'extérieur pour terminer l'engagement de l'organe sur le rail. Dans la technique actuelle, le bord circonférentiel amont de la paroi radialement interne de l'organe en C de chaque secteur d'anneau est séparé par un jeu axial de la patte annulaire aval du distributeur, ce jeu étant nécessaire pour autoriser le montage précité par basculement du secteur d'anneau. Du fait de ce jeu axial, la paroi radialement interne de l'organe en C s'étend radialement à l'intérieur d'une petite partie de la dimension axiale du jonc, qui est en principe suffisante pour maintenir radialement le jonc dans la gorge. Dans un cas particulier de réalisation, le jeu précité est de l'ordre de 1,9mm +/-0,25. Cependant, du fait des tolérances de fabrication et des dilatations thermiques différentielles des pièces en fonctionnement, la partie d'extrémité amont de la paroi radialement interne de l'organe en C qui retient le jonc peut avoir une dimension axiale insuffisante voire nulle dans les conditions les plus défavorables. Le risque de désengagement du jonc de la gorge est alors possible, ce qui se traduirait par la perte du blocage axial vers l'aval du distributeur et ne serait pas acceptable. L'invention a pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un étage de turbine pour une turbomachine, comprenant un distributeur fixe et une roue montée en aval du distributeur et à l'intérieur d'un carter annulaire, le distributeur étant accroché au carter et étant retenu axialement vers l'aval par appui sur un jonc annulaire fendu monté dans une gorge annulaire d'un rail du carter, la roue étant montée à l'intérieur d'un anneau sectorisé porté par le carter, les secteurs d'anneau comprenant chacun à leurs extrémités amont un organe à section en C qui est engagé sur le rail de carter et qui maintient radialement le jonc dans la gorge précitée, caractérisé en ce que la paroi radialement interne de l'organe en C de chaque secteur d'anneau s'étend à l'intérieur du jonc sur toute la dimension axiale de ce dernier et sa partie d'extrémité amont est engagée dans au moins un évidement du distributeur. Selon l'invention, l'organe en C est configuré pour que sa paroi radialement interne s'étende axialement sur toute la dimension axiale du jonc et assure ainsi la retenue radiale du jonc quelles que soient les tolérances de fabrication et les dilatations différentielles des pièces. Pour autoriser le montage de cet organe en C, en particulier par basculement, comme décrit dans ce qui précède, le distributeur comprend un évidement dans lequel la partie d'extrémité amont de la paroi radialement interne de l'organe est destinée à être engagée. La partie d'extrémité amont de la paroi radialement interne de l'organe en C de chaque secteur d'anneau peut être séparée par un jeu axial du fond ou d'une paroi radiale de l'évidement précité du distributeur, pour autoriser ce montage. Ce jeu axial peut être du même ordre de grandeur que celui décrit précédemment, c'est-à-dire de l'ordre de 2mm environ. La partie d'extrémité amont de la paroi radialement interne de chaque organe en C peut également être séparée par un jeu radial faible ou nul d'une paroi cylindrique externe de l'évidement, cette paroi s'étendant autour de cette partie d'extrémité qui forme des moyens de retenue radiale du distributeur. Le crochet de carter de la technique antérieure, qui était dédié à cette retenue radiale, peut donc être supprimé, ce qui permet de simplifier le distributeur et de réduire la masse du carter d'environ 3kg dans un cas particulier de réalisation de l'invention. Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi radialement interne de l'organe en C de chaque secteur d'anneau a une dimension axiale supérieure à celle de la paroi radialement externe de cet organe. Avantageusement, le bord circonférentiel amont de la paroi radialement interne de l'organe en C de chaque secteur d'anneau 25 comprend au moins une encoche coopérant avec des moyens complémentaires du distributeur pour empêcher la rotation du secteur d'anneau vis-à-vis du distributeur. Le distributeur peut comprendre à son extrémité aval une patte annulaire radialement externe comportant une surface cylindrique externe 30 d'appui radial sur le rail de carter et une surface radiale aval d'appui sur le jonc, le ou les évidements précités débouchant vers l'aval au moins en partie sur cette surface radiale aval. Le distributeur peut être sectorisé et formé de plusieurs secteurs disposés circonférentiellement bout à bout. Les évidements précités peuvent avoir une orientation circonférentielle, leurs extrémités circonférentielles débouchant sur les extrémités circonférentielles des secteurs de distributeur ou étant fermées par des voiles latéraux des secteurs de distributeur. Les bords latéraux en regard des secteurs de patte annulaire des secteurs de distributeur comportent de préférence des rainures rectilignes de logement de lamelles d'étanchéité qui s'étendent radialement vers l'extérieur jusqu'à proximité du rail de carter et/ou du jonc, les rainures s'étendant dans un plan situé en amont des évidements précités, ou s'étendant au moins en partie dans les voiles latéraux précités des secteurs de distributeur. Ces lamelles permettent de limiter les fuites de gaz inter- secteurs. L'invention concerne également un secteur d'anneau pour une turbine de turbomachine, comprenant à son extrémité amont un organe à section en C, caractérisé en ce que la paroi radialement interne de cet organe a une dimension axiale supérieure à celle de la paroi radialement externe de l'organe, cette paroi radialement interne comportant des encoches radiales. L'invention concerne enfin une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un étage de turbine tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un étage de turbine d'une turbomachine, selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 1 ; la figure 3 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un étage de turbine d'une turbomachine, selon l'invention ; la figure 4 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 3 et représente une étape de montage par basculement d'un secteur d'anneau ; la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une plate-forme externe d'un secteur de distributeur selon l'invention ; la figure 6 est une vue schématique en perspective d'un secteur d'anneau selon l'invention ; la figure 7 est une vue schématique en perspective de plates-formes externes et de secteurs d'anneau du type de ceux des figures 5 et 6, en position de montage ; la figure 8 est une vue correspondant à la figure 3 et représentant une variante de réalisation de l'étage de turbine selon l'invention ; la figure 9 est une vue schématique partielle en perspective de l'étage de la figure 8 ; la figure 10 est une vue schématique en perspective d'une plate-forme externe d'un secteur de distributeur selon l'invention ; la figure 11 est une vue schématique en perspective d'un secteur d'anneau selon l'invention ; la figure 12 est une vue schématique en perspective de plates-formes externes et de secteurs d'anneau du type de ceux des figures 10 et 11, en position de montage. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une turbine basse- pression 10 d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, cette turbine comportant plusieurs étages comportant chacun un distributeur 12 accroché à un carter 14 de la turbine, et une roue à aubes 16 montée en aval du distributeur 12 et tournant dans un anneau 18 accroché au carter 14. Le distributeur 12 comprend deux plates-formes coaxiales, respectivement interne et externe 20, reliées entre elles par des aubes sensiblement radiales. La plate-forme externe 20 comprend deux pattes annulaires, respectivement amont 22 et aval 24, qui s'étendent radialement vers l'extérieur et qui comportent des moyens d'accrochage sur le carter. Les pattes 22, 24 du distributeur 12 comprennent à leurs périphéries externes des rebords cylindriques amont d'accrochage sur des rails cylindriques 26 du carter. Le rebord cylindrique de la patte aval 24 comprend au moins une encoche radiale dans laquelle est engagé un pion radial 28 porté par le carter 14 et destiné à bloquer en rotation le distributeur par rapport au carter. La patte aval 24 du distributeur 12 comprend une surface cylindrique radialement externe 30 d'appui radial sur un autre rail 32 du carter et une surface radiale aval 34 d'appui axial sur un jonc annulaire 36 fendu logé dans une gorge annulaire 38 de ce rail, cette gorge 38 débouchant radialement vers l'intérieur (figure 2). Ce jonc 36 assure la retenue axiale vers l'aval du distributeur 12. L'anneau 18 est sectorisé et formé de plusieurs secteurs qui sont portés circonférentiellement bout à bout par le carter 14 de la turbine. Chaque secteur d'anneau 18 comprend une paroi cylindrique ou tronconique 40 et un bloc 42 de matière abradable fixé par brasage et/ou soudage sur la surface radialement interne de la paroi 40, ce bloc 42 étant du type en nid d'abeille et étant destiné à s'user par frottement sur des léchettes annulaires externes des aubes de la roue 16 pour minimiser les jeux radiaux entre la roue et les secteurs d'anneau 18. Chaque secteur d'anneau 18 comprend à son extrémité amont un organe circonférentiel 44 à section en C dont l'ouverture débouche vers l'amont et qui est engagé axialement depuis l'aval sur le rail de carter 32 et le jonc 36 (figure 2). L'organe 44 de chaque secteur d'anneau 18 comprend deux parois cylindriques 46 et 48 s'étendant vers l'amont, radialement externe et radialement interne respectivement, qui sont reliées entre elles à leurs extrémités aval par une paroi radiale 50. La paroi 46 de l'organe est appliquée radialement sur une face cylindrique radialement externe du rail 32 et sa paroi interne 48 s'étend radialement à l'intérieur d'une partie du jonc 36, comme cela est représenté en figure 2. Dans la technique actuelle, la paroi interne 48 de chaque organe 44 a une dimension axiale inférieure à celle de sa paroi externe 46 et le bord circonférentiel amont de cette paroi interne est séparé de la surface d'appui 34 du distributeur 12 par un jeu axial J suffisamment grand pour autoriser le montage des secteurs d'anneau 18 par basculement, comme décrit dans ce qui précède. De ce fait, la partie d'extrémité amont de la paroi interne 48 de chaque organe 44 s'étend sur une petite dimension axiale L seulement du jonc 36, qui peut ne pas être suffisante pour le retenir dans la gorge 38, en particulier dans les conditions les plus défavorables où cette distance L est diminuée du fait des tolérances de fabrication des pièces et des dilations thermiques différentielles des pièces en fonctionnement. L'invention permet de remédier à ce problème grâce à l'allongement de la paroi interne de l'organe en C de chaque secteur d'anneau, la partie d'extrémité amont de cette paroi interne étant logée dans un évidement correspondant du distributeur pour autoriser le montage des secteurs d'anneau. On se réfère d'abord aux figures 3 à 7 qui représentent un premier mode de réalisation de l'invention. Le distributeur 112 représenté aux figures 3 à 7 diffère de celui décrit dans ce qui précède notamment en ce que sa patte annulaire aval 124 comprend des évidements du type précité qui, dans l'exemple représenté, sont formés par des gorges circonférentielles 160, 162 de la périphérie externe de la patte 124, qui débouchent axialement vers l'aval (figures 3, 4 et 5). Les parties radialement externes de ces gorges 160, 162 débouchent sur la surface radiale 134 de la patte aval 124 destinée à être en appui sur le jonc 136 porté par le rail 132 du carter 114. Le distributeur 112 est sectorisé et comprend plusieurs secteurs de distributeur disposés circonférentiellement bout à bout. La figure 5 représente une partie seulement d'un secteur de distributeur (seules la plate-forme externe 120 et ses pattes annulaires 122, 124 sont représentées). Chaque secteur de distributeur 112 comprend une gorge annulaire 160 s'étendant sur plus de la moitié de la dimension circonférentielle du secteur, et une gorge annulaire 162 de plus petite dimension. Ces gorges 160, 162 sont situées sur une même circonférence et sont séparées l'une de l'autre par une surépaisseur axiale 164 de la patte aval 124. Chaque gorge 160, 162 a une extrémité circonférentielle fermée par la surépaisseur 164 précitée, et l'autre extrémité circonférentielle de chaque gorge est fermée par un voile de matière 166 de la patte aval 124, ce voile s'étendant axialement vers l'aval. Comme cela est visible aux figures 3 et 5, les bords latéraux en regard des secteurs de distributeur 112 comprennent des rainures rectilignes de logement de lamelles d'étanchéité (non représentées). Chaque bord latéral comprend une rainure rectiligne 170 s'étendant le long du bord longitudinal de la plate-forme externe 124, une rainure rectiligne 172 s'étendant radialement le long du bord latéral d'un secteur de patte amont 122, et une rainure rectiligne 174 s'étendant radialement le long du bord latéral d'un secteur de patte aval 124. Chaque rainure 174 est formée en partie dans le voile 166 précitée et s'étend jusqu'au voisinage immédiat de la surface cylindrique externe 130 de la patte aval. Les secteurs d'anneau 118 représentés aux figures 3 à 7 diffèrent de ceux décrits précédemment notamment en ce que les parois radialement internes 148 de leurs organes en C 144 ont une dimension axiale plus grande que celle de leurs parois radialement externes 146. Comme cela est visible en figure 1, la paroi radialement interne 148 de l'organe 144 de chaque secteur d'anneau 118 s'étend sur toute la dimension axiale du jonc 136 et au-delà de ce jonc en direction de l'amont jusque dans les gorges 160, 162 précitées du distributeur. La figure 6 représente un secteur d'anneau 118. La paroi interne 148 de l'organe 144 comprend deux encoches radiales 180, 182 dans l'exemple représenté, ces encoches étant destinées à coopérer avec des moyens complémentaires du distributeur pour immobiliser le secteur vis-à-vis du distributeur, comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit. Les encoches 180, 182 ont une forme sensiblement en U et sont définies par deux bords latéraux parallèles reliés à leurs extrémités aval par un bord circonférentiel. Dans l'exemple représenté, chaque bord latéral d'une encoche est relié au bord circonférentiel de cette encoche par un orifice 184 à section circulaire destiné à réduire les concentrations de contraintes en fonctionnement dans cette zone. L'encoche 180 de la paroi interne 148 de l'organe 144 de chaque secteur d'anneau 118 est située sensiblement au milieu de cette paroi et est destinée à recevoir la surépaisseur locale 164 de la patte aval 124 du distributeur. Comme cela est visible en figure 7, les secteurs d'anneau 118 sont décalés en direction circonférentielle par rapport aux secteurs de distributeur 112, de sorte que les bords longitudinaux des plates-formes 120 des secteurs de distributeur ne soient pas alignés axialement avec ceux des secteurs d'anneau 118. Cela garantit notamment une meilleure étanchéité de l'assemblage. L'encoche 182 de la paroi interne 148 de l'organe 144 de chaque secteur d'anneau 118 est destinée à recevoir les voiles de matière 166 en regard de deux secteurs de distributeur 112 adjacents, comme cela est visible en figure 7. Comme cela est bien visible en figure 6, les encoches 180, 182 définissent entre elles trois parties d'extrémité aval 184, 186, 188 distinctes de la paroi interne 148 de l'organe, l'une 184 étant engagée dans une partie de la gorge 160 d'un secteur de distributeur 112, l'autre 186 étant engagée dans la gorge 162 de ce secteur et la dernière 188 étant engagée dans une partie de la gorge 160 d'un secteur de distributeur adjacent (figure 7). La figure 4 représente une étape de montage d'un secteur d'anneau 118 sur le carter 114. Le secteur d'anneau 118 est disposé en oblique de sorte que son extrémité amont soit située radialement à l'extérieur par rapport à son extrémité aval. Le secteur d'anneau est déplacé depuis l'aval vers le rail de carter 132 jusqu'à ce que ce rail s'engage entre les parois 146, 148 de l'organe en C 144 du secteur. La paroi interne 148 de l'organe s'engage alors dans les gorges 160, 162 précitées de la patte aval 124 du distributeur 112, comme cela est représenté en figure 4. L'extrémité aval du secteur d'anneau 118 est ensuite basculée radialement vers l'extérieur pour appliquer cette extrémité aval contre un rail du carter (flèche 190). Le basculement est réalisé par rotation du secteur d'anneau 118 autour d'un point localisé sensiblement en C. En position de montage représentée en figure 3, le bord circonférentiel amont de la paroi interne 148 de l'organe 144 de chaque secteur d'anneau 118 est séparé par un jeu axial J' suffisant des fonds ou des parois radiales 159 des gorges 160, 162 pour autoriser ce montage par basculement. Lors du basculement, ce jeu J' diminue comme cela est visible en figure 4. Par ailleurs, les parties d'extrémité amont de la paroi interne 148 de chaque organe 144 s'étendent à l'intérieur et parallèlement à une paroi cylindrique externe 161 de chaque gorge 160, 162, et sont séparées de cette paroi 161 par un jeu radial H faible voire nul. Ces parties d'extrémité forment ainsi des moyens de retenue radiale de l'extrémité aval des secteurs de distributeur. On se réfère désormais aux figures 8 à 12 qui représentent une variante de réalisation de l'invention dans laquelle les secteurs de distributeur 212 se distinguent de ceux 112 décrits précédemment essentiellement en ce que les gorges 260, 262 de réception des parois internes 246 des organes en C 244 des secteurs d'anneau 218 ont une de leurs extrémités circonférentielles qui n'est pas fermée et qui débouche donc en direction circonférentielle au niveau de l'un des bords latéraux d'un secteur de distributeur. La gorge 260 de plus grande dimension circonférentielle d'un secteur de distributeur 212 a une extrémité circonférentielle fermée par la surépaisseur locale 264 précitée et une extrémité circonférentielle qui débouche sur l'un des bords latéraux du secteur. La gorge 262 de plus petite dimension circonférentielle d'un secteur de distributeur 212 a une extrémité circonférentielle fermée par la surépaisseur locale 264 précitée et une extrémité circonférentielle qui débouche sur l'autre des bords latéraux du secteur. Les rainures rectilignes 270 formées dans les bords latéraux des secteurs de patte aval 224 des secteurs de distributeur 212 s'étendent ici sensiblement radialement dans un plan situé en amont des gorges 260, 262. Les extrémités radialement externes de ces rainures 270 sont situées au voisinage immédiat de la surface cylindrique externe 230 de la patte 224. Les secteurs d'anneau 218 se distinguent de ceux 118 précédemment décrits essentiellement en ce que les parois radialement internes 248 de leurs organes en C comprennent chacune une seule encoche 280 qui est similaire à l'encoche 180 décrite précédemment, cette encoche 280 étant destinée à recevoir la surépaisseur 264 précitée d'un secteur de distributeur. Comme cela est visible en figure 11, l'encoche 280 délimite deux parties d'extrémité aval 284, 286 distinctes de la paroi interne 248 de l'organe, l'une 284 étant engagée dans une partie de la gorge 260 d'un secteur de distributeur 212 et l'autre 286 étant engagée dans la gorge 262 de ce secteur ainsi que dans une partie de la gorge 260 d'un secteur de distributeur adjacent (figure 12). Les secteurs d'anneau 218 sont montés de la même façon que celle décrite précédemment en référence à la figure 4. REVENDICATIONS1. Etage de turbine pour une turbomachine, comprenant un distributeur (112) fixe et une roue montée en aval du distributeur et à l'intérieur d'un carter annulaire (114), le distributeur étant accroché au carter et étant retenu axialement vers l'aval par appui sur un jonc annulaire (136) fendu monté dans une gorge annulaire d'un rail du carter (132), la roue étant montée à l'intérieur d'un anneau (118) sectorisé porté par le carter, les secteurs d'anneau comprenant chacun à leurs extrémités amont un organe (144) à section en C qui est engagé sur le rail de carter et qui maintient radialement le jonc dans la gorge précitée, caractérisé en ce que la paroi radialement interne (148) de l'organe en C de chaque secteur d'anneau s'étend à l'intérieur du jonc sur toute la dimension axiale de ce dernier et sa partie d'extrémité amont est engagée dans au moins un évidement (160, 162) du distributeur. 2. Etage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi radialement interne (148) de l'organe (144) en C de chaque secteur d'anneau (118) a une dimension axiale supérieure à celle de la paroi radialement externe (146) de cet organe. 3. Etage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bord circonférentiel amont de la paroi radialement interne (148) de l'organe (144) en C de chaque secteur d'anneau (118) comprend au moins une encoche (160, 162) coopérant avec des moyens complémentaires (164, 166) du distributeur (112) pour empêcher la rotation du secteur d'anneau vis-à-vis du distributeur. 4. Etage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le distributeur (112) comprend à son extrémité aval une patte annulaire (124) radialement externe comportant une surface cylindrique externe (130) d'appui radial sur le rail de carter (132) et une surface radiale aval (134) d'appui sur le jonc (136), le ou les évidements (160, 162)précités débouchant vers l'aval au moins en partie sur cette surface radiale aval. 5. Etage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le distributeur (112, 212) est sectorisé et les évidements (160, 162, 260, 262) ont une orientation circonférentielle, leurs extrémités circonférentielles débouchant sur les extrémités circonférentielles des secteurs de distributeur ou étant fermées par des voiles latéraux (166) des secteurs de distributeur. 6. Etage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bords latéraux en regard des secteurs de patte annulaire (124, 224) des secteurs de distributeur (112, 212) comportent des rainures rectilignes (174, 274) de logement de lamelles d'étanchéité qui s'étendent radialement vers l'extérieur jusqu'à proximité du rail de carter (132, 232) et/ou du jonc (136, 236), les rainures s'étendant dans un plan situé en amont des évidements (260, 262) précités, ou s'étendant au moins en partie dans les voiles latéraux (166) précités des secteurs de distributeur. 7. Etage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie d'extrémité amont de la paroi radialement interne (148) de l'organe (144) en C de chaque secteur d'anneau (118) est séparée par un jeu axial (J') d'une paroi radiale (159) de l'évidement précité du distributeur, et par un jeu radial (H) faible ou nul d'une paroi cylindrique externe (161) de cet évidement. 8. Secteur d'anneau (118) pour une turbine de turbomachine, comprenant à son extrémité amont un organe (144) à section en C, caractérisé en ce que la paroi radialement interne (148) de cet organe a une dimension axiale supérieure à celle de la paroi radialement externe (146) de l'organe, cette paroi radialement interne comportant des encoches radiales (160, 162). 9. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un étage de turbine selon l'une des revendications 1 à 7.