Brevet FR3001492A1 — publié le 20140801

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne de manière générale les moteurs à turbine à gaz, et plus particulièrement le réglage du débit d'un flux d'air injecté dans le jeu inter-étage d'un stator d'une turbomachine, par exemple de la turbine haute pression des turbomachines. Des domaines d'application de l'invention sont les turboréacteurs et turbopropulseurs d'avions et les turbines à gaz industrielles. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Un exemple de turbomachine a été illustré en figure 6. Une turbomachine 1 comporte typiquement une nacelle qui forme une ouverture pour l'admission d'un flux déterminé d'air vers le moteur proprement dit. Généralement, la turbomachine comprend une ou plusieurs sections de compression 4 de l'air admis dans le moteur (généralement une section basse pression et une section haute pression). L'air ainsi comprimé est admis dans la chambre de combustion 5 et mélangé avec du carburant avant d'y être brûlé. Les gaz de combustion chauds issus de cette combustion sont ensuite détendus dans les différents étages de turbine. Une première détente est faite dans un étage à haute pression 6 immédiatement en aval de la chambre 5 et qui reçoit les gaz à la température la plus élevée. Les gaz sont détendus à nouveau en étant guidés à travers les étages de turbine dits à basse pression 7. Une turbine, basse pression 7 ou haute pression 6, comporte classiquement un ou plusieurs étages, chacun étant constitué d'une rangée d'aubes de turbine fixes, aussi appelée distributeur, suivie d'une rangée d'aubes mobiles de turbine espacées circonférentiellement tout autour du rotor de la turbine. Le distributeur 2 dévie le flux de gaz prélevé au niveau de la chambre de combustion 5 vers les aubes mobiles de turbine à un angle et une vitesse appropriés afin d'entraîner en rotation ces aubes mobiles et le rotor de la turbine. Le distributeur 2 comprend une pluralité d'aubes disposées radialement par rapport à un axe de rotation X de la turbomachine 1 reliant un élément annulaire radialement interne (ou plateforme interne) et un élément annulaire radialement externe (ou plateforme externe). L'ensemble forme une veine annulaire en regard des aubes mobiles de la turbine. Plus précisément, le distributeur 2 est formé d'aubes fixes disposées en une couronne divisée en une pluralité de segments, répartis circonférentiellement autour de l'axe X de la turbomachine. Chaque segment comprend plusieurs aubes fixes adjacentes solidaires d'un élément en secteur d'anneau, ainsi qu'un moyen de retenue amont et un moyen de retenue aval. Ici, l'amont et l'aval sont définis par le sens d'écoulement des gaz dans la turbomachine. Pour permettre la rotation relative des aubes mobiles par rapport aux distributeurs 2 situés en amont et/ou en aval, un jeu est implémenté entre les distributeurs(ou grilles d'aubes) et les roues mobiles au niveau de la plateforme interne (et de la plateforme externe, dans le cas des aubes à talons). Néanmoins, la présence de tels jeux entre les distributeurs et les roues mobiles crée des passages pour l'air en provenance de la veine annulaire vers les parties internes du moteur (notamment des disques). Or, cet air, qui provient de la chambre de combustion 5, est à une température très élevée et risque donc d'endommager les parties internes du moteur, et entrainer en particulier une forte dégradation de leur tenue thermomécanique. Un flux d'air pressurisé a donc été introduit à ce niveau dans la veine annulaire afin d'empêcher le passage de l'air en provenance de la veine. Cet air pressurisé est généralement prélevé au niveau du compresseur haute pression 4 (flèche 10), et peut être complété par de l'air en provenance des contournements supérieur et inférieur de la chambre de combustion 5 (flèche 10'). Toutefois, cet air est plus froid que l'air de la veine annulaire et engendre des pertes de mélange, ce qui réduit notablement le rendement de la turbine 6, 7, et ce d'autant plus que le nombre de Mach de l'écoulement de la veine annulaire est élevé. C'est en particulier le cas en aval du distributeur haute pression 2 de la turbine haute pression 6 de la turbomachine 1. RESUME DE L'INVENTION L'invention vise donc à proposer un stator de turbomachine permettant à la fois d'éviter l'introduction d'air en provenance de la veine annulaire dans les parties internes du moteur, tout en améliorant ses performances et son rendement. Par ailleurs, l'invention vise à réduire les pertes de mélange dues à l'introduction d'air de purge dans la veine annulaire, notamment au niveau des distributeurs de la turbomachine. Pour cela, l'invention propose un stator de turbomachine, notamment un distributeur d'une turbine, comprenant une pluralité d'aubes fixes disposées radialement par rapport à un axe de rotation de la turbomachine et reliant une plateforme annulaire radialement interne et une plateforme annulaire radialement externe, le stator étant caractérisé en ce qu'il comprend, au niveau d'une paroi interne de la plateforme annulaire radialement interne, des motifs tridimensionnels adaptés pour créer localement des pertes de charge. Certaines caractéristiques optionnelles mais non limitatives de ce zo stator de turbomachine sont les suivantes : - les motifs tridimensionnels comprennent l'un au moins des éléments suivants : des rugosités de surface, des rainures, des bossages, des picots. - les motifs tridimensionnels présentent une épaisseur au plus égale à deux millimètres, 25 - les motifs tridimensionnels sont formés intégralement avec la paroi interne de la plateforme annulaire radialement interne, au niveau d'une partie aval de ladite paroi interne, - les motifs tridimensionnels sont réalisés dans le même matériau que la paroi interne de la plateforme annulaire radialement interne, 30 - la turbomachine comprend en outre un rotor, notamment un rotor d'une turbine, ledit rotor comprenant une pluralité d'aubes mobile, s'étendant radialement par rapport à l'axe de rotation de la turbomachine depuis une tôle de veine interne, et les motifs tridimensionnels sont réalisés dans une partie de la paroi interne la plateforme annulaire radialement interne du stator qui est en vis-à-vis de la tôle de veine interne du rotor, L'invention propose également une turbomachine comprenant un tel stator, ainsi qu'un procédé de fabrication de ce stator, au cours duquel on réalise des motifs tridimensionnels dans la paroi interne de la plateforme annulaire radialement interne. Une caractéristique optionnelle mais non limitative de ce procédé est que les motifs tridimensionnels peuvent être usinés dans la paroi interne de la plateforme annulaire radialement interne ou venus de fonderie avec ladite paroi interne. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1 est une vue partielle d'un exemple de turbine d'une turbomachine conforme à l'invention, sur laquelle a été représenté le chemin parcouru par l'air de purge, La figure 2 est une vue détaillée de la figure 1, au niveau de la plateforme radialement interne du distributeur, La figure 3 est une vue en perspective depuis l'aval d'un exemple de distributeur, sur laquelle a été représenté le sillage de deux aubages au niveau de la plateforme radialement interne du distributeur, La figure 4 est une vue en perspective depuis une partie inférieure aval du distributeur de la figure 3, sur laquelle sont en outre visibles des motifs tridimensionnels conformément à l'invention, Les figures 5a à 5d sont des exemples de motifs tridimensionnels pouvant être utilisés dans une turbomachine conforme à l'invention afin de créer localement des pertes de charge, La figure 6 représente un exemple de turbomachine sur lequel s'applique l'invention, et La figure 7 illustre le profil de la pression de purge résultant de la mise en oeuvre des motifs géométrique, par rapport à la pression de purge habituelle et la pression de la veine. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION L'invention va être décrite tout particulièrement en référence à une turbine haute pression 6 mono-étage, comprenant donc un distributeur haute pression 2 (ou stator) et une roue mobile 3 (ou rotor). Ceci n'est cependant pas limitatif, dans la mesure où la turbine 6 pourrait comprendre davantage d'étages, et que l'invention trouve également aussi bien application dans une turbine basse pression 7 que dans un compresseur 4 (haute ou basse pression), qui comprennent également chacun plusieurs étages. La turbine 6 comporte classiquement un ou plusieurs étages, chacun étant constitué d'un stator, aussi appelé distributeur 2, suivi d'une rangée d'aubes mobiles 36 de turbine espacées circonférentiellement tout autour zo du rotor 3 de la turbine. Le distributeur 2 dévie le flux de gaz issus de la chambre de combustion 5 vers les aubes mobiles 36 à un angle et une vitesse appropriés afin d'entraîner en rotation les aubes 36 et le rotor 3 de la turbine 6. Ce distributeur 2 comprend une pluralité d'aubes fixes 26 disposées 25 radialement par rapport à l'axe de rotation X de la turbomachine 1, reliant une plateforme annulaire radialement interne 22 et une plateforme annulaire radialement externe 24. L'ensemble comprenant les plateformes 22 et 24 et forme la veine annulaire F en regard des aubes mobiles 36 de la turbine 6. Chaque aube mobile 36 s'étend entre une tôle de veine interne 32 et une 30 tôle de veine externe 34, qui définissent ensemble la veine annulaire F. Plus précisément, le distributeur 2 est formé d'aubes fixes 26 disposées en une couronne divisée en une pluralité de segments, répartis circonférentiellement autour de l'axe X de la turbomachine 1. Chaque segment comprend plusieurs aubes fixes 26 adjacentes solidaires d'un élément en secteur d'anneau, ainsi qu'un moyen de retenue amont et un moyen de retenue aval. Le distributeur 2 et le rotor 3 sont espacés de manière à créer un jeu entre la plateforme interne 22 et la tôle de veine interne 32 et permettre la rotation et la dilatation relative du rotor 3 par rapport au distributeur 2, qui est fonction notamment des variations de régime de la turbomachine 1. Ce jeu forme par ailleurs un passage annulaire 11, ou zone de purge 11 : de l'air pressurisé de purge 10 prélevé au niveau du compresseur haute pression 4, éventuellement complété par de l'air en provenance des contournements supérieur et inférieur de la chambre de combustion 5, est introduit dans la veine F par ce passage 11. Comme visible sur la figure 1, l'air de purge 10 passe par un labyrinthe 12 formant une étanchéité en rotation, qui permet de gérer le débit du flux d'air 10 jusqu'à la veine F. Afin de limiter, voire d'éviter l'abattement des performances de la turbine 6 en raison de l'introduction d'air de purge 10 dans la veine F, la paroi interne 23 de la plateforme interne 22 comprend des motifs 30 tridimensionnels (c'est-à-dire en reliefs) adaptés pour créer localement des pertes de charge dans la zone de purge 11. En effet, lors du passage de l'air de purge 10 entre l'aube 26 du distributeur 2 et l'aube 36 du rotor 3, les motifs tridimensionnels 30 font chuter la pression de l'air de purge 10 de manière suffisante pour réduire la différence de pression avec la pression du flux F de la veine interne par dissipation d'énergie grâce aux frottements de l'air contre les motifs tridimensionnels 30. Il est ainsi possible de contrôler localement, de manière passive, le débit et la pression du flux d'air de purge 10 introduit dans la veine annulaire F. Le dimensionnement et l'emplacement circonférentiel des motifs tridimensionnels 30 est toutefois choisi de telle sorte que la pression du flux d'air de purge 10 reste suffisamment importante pour empêcher l'introduction d'air chaud en provenance de la veine F vers les parties internes de la turbomachine 1. Par ailleurs, l'épaisseur des motifs tridimensionnels 30 sur la paroi interne 23 est limitée de manière à tenir compte des jeux axiaux (parallèlement à l'axe X de la turbomachine) et radiaux (selon une direction radiale par rapport à l'axe X de la turbomachine) du distributeur 2 et du rotor 3. Il est en effet important que, malgré les débattements radiaux et axiaux du rotor 3 par rapport au distributeur 2, la plateforme interne 22 et la tôle de veine interne 32 n'entrent pas en contact. Des jeux radiaux et axiaux minimum doivent donc être maintenus, ce qui limite par conséquent l'encombrement (et en particulier l'épaisseur sur la paroi interne 23) des motifs tridimensionnels 30. Par exemple, les motifs tridimensionnels 30 s'étendent sur une hauteur (ou une profondeur) au plus égale à 1 mm depuis à la paroi interne 23. La Demanderesse s'est aperçue que, en tout point de la zone purge 11, le débit du flux d'air 10 introduit dans la veine annulaire dépendait de la différence de pression entre le flux d'air de purge 10 (P10) et le flux d'air de la veine annulaire F (PF), au niveau de la zone de purge 11. Or, la pression PF du flux de la veine annulaire F n'est pas constante circonférentiellement, comme illustré sur la figure 7 annexée. Elle est notamment importante dans le sillage 27 des aubes 26 du distributeur 2 (c'est-à-dire dans la zone située en aval des aubes fixes 26 du distributeur), et faible dans la partie du passage 28 inter-aubes du distributeur 2 qui s'étend entre deux sillages adjacents (c'est-à-dire la partie du secteur du distributeur 2 s'étendant entre deux aubes 26 adjacentes du distributeur 2, de part et d'autre des parois d'intrados et d'extrados des aubes 26). Par conséquent, l'air de purge 10 a plutôt tendance à être éjecté au niveau du passage inter-aubes 28 du distributeur 2 qui s'étend de part et d'autre du sillage 27, où la pression de la veine annulaire est plus faible et le nombre de Mach élevé entrainant pas conséquent des pertes de réintroduction importantes. C'est pourquoi, selon une forme de réalisation, la densité des motifs tridimensionnels 30 sur la paroi interne 23 est plus faible dans la zone de la paroi de interne 23 qui s'étend sous les sillages 27 des aubes 26 que dans le reste du passage inter-secteur 28. Ceci n'est cependant pas limitatif, les motifs tridimensionnels pouvant, en variante, présenter une densité uniforme sur la paroi interne 23. Par ailleurs, comme illustré sur les figures 3 et 4, les motifs tridimensionnels peuvent avantageusement être réalisés sur la portion aval 23a de la paroi interne 23 qui est adjacente à la zone de purge 11, dans la mesure où elle s'étend en regard du passage inter-aubes 28 du distributeur 2. Les motifs tridimensionnels 30 sont de préférence formés intégralement avec la paroi interne 23 de la plateforme interne 22. Ils peuvent par exemple être obtenus de fonderie avec la paroi interne 23, ou être usinés dans la paroi interne 23 postérieurement à sa fabrication. Les motifs tridimensionnels 30 sont en outre réalisés de préférence dans le même matériau que la paroi interne, soit par exemple dans un superalliage monocristal à base de nickel tel que de l'AMI. La réalisation des motifs tridimensionnels 30 sur la paroi interne 23 de la plateforme interne 22 présente plusieurs avantages. En effet, la paroi interne 23 étant adjacente à la zone de purge 11, elle permet de mieux contrôler la perte de charge et la chute de pression qui en résulte lors de l'introduction de l'air de purge 10 dans la veine F. En effet, en positionnant les motifs tridimensionnels 30 dans un autre endroit, sur le chemin de l'air de purge 10, par exemple au niveau du becquet 25 disposé en regard de la paroi interne 23 de la plateforme interne, il est plus difficile de gérer la perte de charge qui en résulte lors de l'introduction de l'air de purge 10 dans la veine D, dans la mesure où le becquet 25 est distant de la zone de purge 11. Qui plus est, la paroi interne 23 présente l'avantage d'être une pièce 30 massive et de présenter en conséquence une épaisseur suffisante pour y réaliser les motifs tridimensionnels 30, par fonderie ou par usinage, tout en restant suffisamment rigide pour supporter les charges qui lui sont appliquées. Les motifs tridimensionnels 30 peuvent notamment comprendre des rugosités de surface macroscopiques 30a (figure 5a), des rainures 30b (figure 5b), des bossages 30c (figure 5c) et/ou des picots 30d (figure 5d), qui s'étendent sur tout ou partie de la surface de la paroi interne 23. Les rugosités de surface macroscopiques 30a peuvent notamment être des irrégularités de surface dont le rapport de rugosité est de l'ordre de 3 à 15. Les rainures 30b quant à elles peuvent s'étendre perpendiculairement à la direction du flux d'air de purge 10, 10'. Par exemple, les rainures 30b présentent une dimension transversale à l'axe X (largeur) de l'ordre de 0.1 à 1 mm, pour une hauteur de 0.1 à 1 mm. Les bossages 30c sont des protubérances de forme globalement hémisphérique. Ils peuvent avoir un rayon constant de l'ordre de 0.1 à 2 mm, ou être sensiblement aplanis au sommet de sorte que le rayon des bossages 30c est plus important que leur épaisseur sur la paroi interne 23. De manière alternative, les bossages 30c peuvent être des renfoncements zo ou creux de forme globalement hémisphérique, et présenter un rayon de l'ordre de 0.1 à 2 mm. Enfin, les picots 30d sont des protubérances globalement cylindriques, par exemple cylindriques de révolution, s'étendant selon une direction normale à la surface de la paroi interne 23 de la plateforme interne 25 22. Les picots 30d peuvent présenter un rayon de l'ordre de 0.1 à 2 mm pour une hauteur (épaisseur) de l'ordre de 0.1 à 1 mm. De manière alternative, les picots 30d peuvent être des trous de forme globalement cylindrique, s'étendant selon une direction normale à la surface de la paroi interne 23 de la plateforme interne 22, et présentent alors un rayon de 30 l'ordre de 0.1 à 2 mm, pour une profondeur de l'ordre de 0.1 à 1 mm. Afin de générer une perte de charge adaptée, les bossages 30c et les picots 30d peuvent être répartis suivant une densité de 1 à 20 motifs par CM2 sur la paroi interne 23 de la plateforme interne 21. Cette densité peut être ou non régulière sur toute la surface de la paroi interne 23. Par ailleurs, les différents types de motifs tridimensionnels 30 (rugosités de surface 30a, rainures 30b, bossages 30c et picots 30d) peuvent être combinés afin d'optimiser la perte de charge, c'est-à-dire augmenter suffisamment le frottement au niveau de la zone de purge 11 pour ne pas réduire les pertes de charge lors de l'introduction de l'air de purge 10 dans la veine annulaire F, tout en maintenant un débit et une pression suffisante au niveau de cette zone de purge 11 pour faire barrière à l'introduction d'air chaud en provenance de la veine annulaire F vers l'intérieur de la turbomachine 1, et en respectant le jeu minimal nécessaire pour éviter tout contact entre le distributeur 2 et le rotor 3. REVENDICATIONS1. Stator (2) de turbomachine (1), notamment un stator (2) d'une turbine (6), comprenant une pluralité d'aubes fixes (26) disposées radialement par rapport à un axe (X) de rotation de la turbomachine (1) et reliant une plateforme annulaire radialement interne (22) et une plateforme annulaire radialement externe (24), le stator étant caractérisé en ce qu'il comprend, au niveau d'une paroi interne (23) de la plateforme annulaire radialement interne (22), des motifs tridimensionnels (30) adaptés pour créer localement des pertes de charge. 2. Stator (2) de turbomachine (1) selon la revendication 1, dans lequel les motifs tridimensionnels (30) comprennent l'un au moins des éléments suivants : des rugosités de surface (30a), des rainures (30b), des bossages (30c), des picots (30d). 3. Stator (2) de turbomachine (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les motifs tridimensionnels (30) présentent une épaisseur au plus égale à deux millimètres. 4. Stator (2) de turbomachine (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les motifs tridimensionnels (30) sont formés intégralement avec la paroi interne (23) de la plateforme annulaire radialement interne (22), au niveau d'une partie aval (23a) de ladite paroi interne (23). 5. Stator (2) de turbomachine (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les motifs tridimensionnels (30) sont réalisés dans le même matériau que la paroi interne (23) de la plateforme annulaire radialement interne (22). 6. Stator (2) de turbomachine (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la turbomachine comprend en outre un rotor (3), notamment un rotor (3) d'une turbine (6), ledit rotor (3) comprenant une pluralité d'aubes mobiles (36), s'étendant radialement par rapport à l'axe (X) de rotation de la turbomachine (1) depuis une tôle de veine interne (32), et les motifs tridimensionnels (30) sont réalisés dans une partie (23a) de la paroi interne (23) la plateforme annulaire radialement interne (22) du stator qui est adjacente à la tôle de veine interne (32) du rotor (3). 7. Stator (2) de turbomachine selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il fait partie d'une turbine (6, 7) ou d'un compresseur (4). 8. Turbomachine (1), caractérisée en ce qu'elle comprend un stator (2) selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Procédé de fabrication d'une turbomachine (1) selon la revendication 8, au cours duquel on réalise des motifs tridimensionnels (30) dans la paroi interne (23) de la plateforme annulaire radialement interne 20 (22). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les motifs tridimensionnels (30) sont usinés dans la paroi interne (23) de la plateforme annulaire radialement interne (22) ou venus de fonderie avec ladite paroi 25 interne (22).