Brevet FR3025555A1 — publié le 20160311

AUBE DE TURBINE ET TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine des turbomachines et de l'aménagement des aubes de turbine équipant les turbomachines. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les turbomachines sont composées de nombreuse parties parmi lesquelles la ou les turbines ne sont pas les moindres. En effet, une turbine à notamment pour rôle de récupérer l'énergie issue de la combustion des gaz afin d'entrainer l'arbre de transmission de l'hélice et du compresseur. L'optimisation de la ou des turbines est donc essentielle pour le bon fonctionnement d'une turbomachine. Une turbine comporte une chambre de détente, généralement composée d'anneaux de turbine, et des aubes montées dans la chambre. Certaines de ces aubes sont fixes et participent à la formation du stator, tandis que d'autres sont montées mobiles en rotation et participent à la formation du rotor. Il est à noter que selon la configuration une turbomachine peut comprendre une seule turbine ou en comprendre deux qui se succèdent, une turbine dite haute pression et une turbine dite basse pression, la turbine haute pression étant en amont de la turbine basse pression dans le sens générale de l'écoulement des gaz. Or afin d'assurer un rendement maximum d'une turbine, il est nécessaire de garantir qu'une part maximum des gaz issus de la combustion participe au déplacement du rotor et donc d'éviter toute fuite de gaz parasite. Il est connu pour éviter de telles fuites d'équiper les aubes de turbine d'éléments d'étanchéités appelés léchettes. Ces léchettes sont disposées sur la tête d'aube. De manière complémentaire, la paroi interne de la chambre de turbine comporte une couche de matériau abradable. Les léchettes sont dimensionnées de manière à venir en contact avec la couche de matériau abradable. Ainsi au premier démarrage de la 3025555 2 turbomachine, les léchettes vont venir en contact avec le matériau abradable et supprimer par usure la partie matériau abradable superflue assurant un jeu minimum entre les aubes et la paroi interne de la chambre. Avec de telles léchettes et la couche de matériau abradable, les turbines 5 présentent un jeu réduit entre les aubes et la paroi interne de la chambre et une bonne partie des fuites de gaz est évitée. Néanmoins, un tel système de gestion du jeu n'est pas parfaitement adapté. En effet, avec un tel système de gestion, le réglage du jeu se fait pour la configuration de la turbomachine dans laquelle le jeu entre les léchettes et la paroi 10 interne, hors couche abradable, est minimum. Or en fonctionnement et en fonction de la température régnant dans la turbine, le jeu entre les léchettes et la paroi interne, hors couche abradable, peut varier significativement. Il en résulte que dans certaines configurations de fonctionnement de la turbomachine les fuites de gaz sont importantes. Les performances de la turbomachine s'en trouvent donc pénalisées. 15 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre cet inconvénient et a ainsi pour objet de fournir une aube de turbine pour turbomachine qui permet, lorsqu'elle est montée mobile dans une chambre de turbine, d'assurer un jeu entre l'aube et la paroi interne de la chambre minimum quelle que soit la configuration de la turbomachine. 20 L'invention concerne à cet effet une aube de turbine destinée à être montée mobile en rotation dans une chambre de turbine d'une turbomachine et comportant : - un corps d'aube présentant une tête d'aube, - au moins un moyen d'étanchéité adapté pour faire l'étanchéité entre 25 l'aube et une paroi interne de la chambre lorsque l'aube est montée dans la chambre, le moyen d'étanchéité étant monté sur la tête d'aube, le moyen d'étanchéité comportant au moins un premier élément d'étanchéité monté mobile sur la tête d'aube entre une position de repos et une position 3025555 3 de fonctionnement dans lequel l'élément d'étanchéité fait radialement saillie de la tête d'aube d'une hauteur plus importante qu'en position repos. De par son montage mobile, l'élément d'étanchéité permet de fournir par sa variation de hauteur de saillie de la tête d'aube un réglage du jeu qui est adaptatif. 5 En effet, l'élément d'étanchéité peut être déplacé, quel que soit le jeu entre le reste de l'aube et la paroi interne, en contact avec la paroi interne de la chambre. L'étanchéité est donc assurée aussi bien dans les configurations de la turbomachine dans lesquelles le jeu est minimal que dans les configurations dans lesquelles il est maximal. Les performances de la turbomachine ne sont donc pas pénalisés par de quelconques fuites de gaz dans la 10 turbine quel que soit le jeu entre le reste de l'aube et la paroi interne et ainsi quelle que soit la configuration de la turbomachine. Le premier élément d'étanchéité peut être monté mobile en translation entre sa position de repos et sa position de fonctionnement, ce montage mobile en translation étant préférentiellement selon une trajectoire sensiblement radiale vis-à-vis 15 de l'axe de la turbomachine lorsque l'aube est montée dans la chambre. Un tel montage permet de minimiser le mouvement de déplacement de l'élément d'étanchéité entre sa position repos et sa position de fonctionnement. L'élément d'étanchéité peut être monté libre en déplacement de manière à ce que la mise en rotation de l'aube autour de l'axe de la turbomachine 20 déplace l'élément d'étanchéité en direction de sa position de fonctionnement. Avec un tel montage, il n'est pas nécessaire de prévoir un quelconque système pour mettre en déplacement l'élément d'étanchéité puisque le déplacement et le réglage de ce même déplacement se font uniquement par la force centrifuge liée à la mise en rotation de l'aube lors du démarrage de la turbomachine. 25 L'aube peut en outre comprendre un moyen de contrainte adapté pour contraindre l'élément d'étanchéité dans sa position de fonctionnement. Un tel moyen de contrainte permet un déplacement de l'élément d'étanchéité avant même la mise en marche de la turbomachine assurant ainsi une bonne étanchéité de la roue d'aube de turbine équipée pendant tout le fonctionnement de la turbomachine. 3025555 4 Le moyen d'étanchéité peut comprendre en outre un logement aménagé dans l'aube, ledit logement logeant l'élément d'étanchéité en position de repos, ledit logement étant préférentiellement aménagé dans un talon de la tête d'aube. Un tel logement permet de limiter l'influence de l'élément d'étanchéité 5 vis-à-vis de l'aérodynamisme de l'aube. L'élément d'étanchéité peut comporter une embase et une paroi d'étanchéité qui s'étend circonférentiellement, vis-à-vis de l'axe de la chambre lorsque l'aube y est montée, à partir de l'embase. Un élément d'étanchéité comportant une telle paroi d'étanchéité est 10 particulièrement adapté pour rendre sensiblement étanche l'interface entre l'aube et la paroi interne de la chambre. L'élément d'étanchéité peut être dimensionné pour être en contact sur une portion circonférentielle de la paroi interne de la chambre, l'élément d'étanchéité étant préférentiellement conformé pour que, lorsque des aubes forment une roue de la 15 turbine, l'ensemble des éléments d'étanchéité soit en contact sur une ligne circonférentielle sensiblement continue de la chambre. Avec une telle configuration, l'étanchéité à l'interface entre les aubes formant une roue de turbine et la paroi interne de la chambre est particulièrement bonne. 20 Le moyen d'étanchéité peut comprendre au moins un deuxième élément d'étanchéité monté mobile sur la tête d'aube entre une position de repos et une position de fonctionnement dans laquelle le deuxième élément d'étanchéité fait radialement saillie de la tête d'aube d'une hauteur plus importante qu'en position repos. Un tel deuxième élément d'étanchéité permet de parfaire l'étanchéité 25 entre l'aube et la paroi interne de la chambre assurant ainsi un bon rendement de la turbomachine quelle que soit sa configuration de fonctionnement. L'invention concerne également un ensemble de turbine comportant un carter délimitant une chambre de turbine et au moins une aube de turbine montée mobile en rotation dans la chambre, l'aube de turbine étant une aube selon l'invention. 3025555 5 L'invention concerne en outre une turbomachine comportant une chambre de turbine et au moins une aube montée mobile dans ladite chambre, ladite aube étant une aube selon l'invention. Un tel ensemble de turbine et une telle turbomachine bénéficient des 5 avantages apportés par l'utilisation d'une aube selon l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : 10 la figure 1 illustre une vue schématique d'une turbomachine comportant une turbine équipée d'aubes selon l'invention, - la figure 2 illustre une vue rapprochée d'une chambre de la turbine illustrée sur la figure 1 montrant une aube selon l'invention comportant deux éléments d'étanchéité qui sont dans une position de repos, 15 la figure 3 illustre une vue rapprochée de la chambre de turbine illustrée sur la figure 1 dans laquelle la turbomachine est dans une configuration où le jeu entre la paroi interne de la chambre de turbine et l'aube, hors éléments d'étanchéité, est maximal, les éléments d'étanchéité étant en contact avec la paroi interne de la chambre de turbine, 20 la figure 4 illustre une vue rapprochée de la chambre de turbine illustrée sur la figure 1 dans laquelle la turbomachine est dans une configuration où le jeu entre la paroi interne de la chambre de turbine et l'aube, hors éléments d'étanchéité, est minimal, les éléments d'étanchéité étant en contact avec la paroi interne de la chambre de turbine. 25 Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. 3025555 6 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 illustre schématiquement une turbomachine 1 comportant deux turbines, une turbine haute pression 3 et une turbine basse pression, la turbine haute pression 3 étant en amont de la turbine basse pression 4 dans le sens générale 5 d'écoulement des gaz 2. La turbine basse pression 4 comporte une chambre de turbine 10 équipées d'aubes 20 selon l'invention. La figure 2 illustre une vue rapprochée et schématique de la chambre 10 de turbine basse pression 4 dans laquelle est montée mobile les aubes 20 de turbine, la figure 2 en illustrant une seule. Dans une telle configuration, l'aube 20 illustrée sur la 10 figure 2 est assemblée avec d'autres aubes du même type pour formées une roue de turbine et pour être comprises dans un rotor, non référencé de la turbomachine 1. Les aubes 20 forment avec la chambre 10 de turbine et un carter de turbine, qui délimite la chambre 10, un ensemble de turbine. Il est à noter qu'une telle aube 20 est particulièrement avantageuse 15 pour équiper une turbine basse pression 4 de la turbomachine. Néanmoins, il est également envisageable, sans que l'on sorte du cadre de l'invention, qu'une telle aube 20 équipe une turbine haute pression 3 de la turbomachine 1 ou encore équipe à la fois la turbine basse pression 4 et la turbine haute pression 3. L'aube 20 comporte un corps d'aube 21, ou pale, longitudinal qui 20 s'étend sensiblement radialement vis-à-vis de l'axe de la turbomachine 1, non représenté. A l'extrémité interne du corps d'aube 21, c'est-à-dire celle se trouvant en regard de l'axe de la turbomachine 1, le corps d'aube 21 comporte un système de connexion, non représenté, tel qu'une attache sapin ou une attache marteau de manière à permettre son montage sur un disque, non représenté en tant que tel. L'extrémité externe du corps 25 d'aube, c'est-à-dire celle se trouvant en regard d'une paroi interne 11 de la chambre de turbine 10, forme la tête d'aube 22. Comme illustré sur la figure 2, la tête d'aube comporte un talon 25. Le talon 25 est un élément de l'aube 20 qui s'étend circonférentiellement au niveau de la tête d'aube 20 de part et d'autre du corps 3025555 7 d'aube 21. Le talon 25 est conformé pour former avec les autres talons des aubes d'une même roue, un anneau tronconique, centré autour de l'axe de la turbomachine 1, et qui est en regard de la paroi interne 11 de la chambre 10. Le talon 25 comporte comme illustré sur la figure 2, deux extensions 5 23a, 23b en direction de la paroi interne de la chambre 10 délimitant chacune un logement 24a, 24b respectif pour un premier et un deuxième élément d'étanchéité 30a, 30b. Chacune de ces extensions 23a, 23b prend la forme d'un rail s'étendant sensiblement circonférentiellement vis-à-vis de l'axe de la turbomachine 1, la partie centrale dudit rail formant le logement 24a, 24b correspondant à ladite extension 23a, 10 23b. La forme de chaque logement 24a, 24b des extensions 23a, 23b de l'aube est adaptée pour que l'élément d'étanchéité 30a, 30b qui y est logé puisse se déplacer en translation entre une position de repos, dans laquelle il est à distance de la paroi interne 11 de la chambre 10, et une position de fonctionnement dans laquelle 15 l'élément fait saillie de la tête d'aube 22 pour venir en contact avec la paroi interne 11 de la chambre 10. Dans leur position de fonctionnement, chaque élément d'étanchéité 30a, 30b fait radialement saillie de la tête d'aube 22 d'une hauteur plus importante qu'en position de repos. Une telle conformation est obtenue par une section constante du 20 logement 24a, 24b le long de la direction de radiale de la turbomachine 1 sur une hauteur supérieure au déplacement de l'élément d'étanchéité 30a, 30b entre sa position de repos et sa position de fonctionnement. Chaque logement 24a, 24b comporte une ouverture pour le passage de l'élément d'étanchéité 30a, 30b qui y est logé lors de son déplacement en contact avec la paroi interne 11 de la chambre 10. 25 Chaque élément d'étanchéité 30a, 30b comporte une section circonférentielle de l'axe de la turbomachine en forme de T inversé dans la direction radiale de la turbomachine 1, la barre horizontale du T étant une embase 32a, 31b de l'élément d'étanchéité, la barre verticale du T étant une paroi d'étanchéité 32a, 32b. L'élément d'étanchéité 30a, 30b s'étend selon une courbe circonférentielle, par rapport à 3025555 8 l'axe de la turbomachine, sur au moins une partie de la longueur circonférentielle, selon ce même axe, du talon 25. L'embase 31a, 31b de chaque élément d'étanchéité 30a, 30b présente une section circonférentielle constante et complémentaire à celle du logement 24a, 24b 5 correspondant de manière à autoriser un déplacement libre en translation de l'élément d'étanchéité 30a, 30b dans la direction radial de la turbomachine 1. Ainsi, l'embase 31a, 31b de chaque élément d'étanchéité 30a, 30b comporte une largeur circonférentielle légèrement inférieure à celle du logement 24a, 24b correspondant. La paroi d'étanchéité 32a, 32b de chaque élément 'étanchéité 30a, 30b 10 s'étend radialement à partir de l'embase 31a, 31b correspondante dans la direction opposée à l'axe de la turbomachine 1. La hauteur de chacune des parois d'étanchéité 32a, 32b est adaptée pour que son extrémité extérieure, c'est-à-dire celle opposée à l'embase 31a, 31b, puisse venir en contact avec la paroi interne 11 de la chambre 10 qu'elle que soit le jeu entre le talon 25 et la paroi interne 11. Une telle adaptation peut être obtenue 15 avec une hauteur de la paroi d'étanchéité 32a, 32b supérieure à la distance entre la paroi extérieure du logement 24a, 24b correspondant, c'est-à-dire proximal avec la paroi interne 11 de la chambre 10, et la paroi interne de la chambre dans la configuration où le jeu entre le talon 25 et la paroi interne 11 de la chambre 10 est maximal (configuration illustrée sur la figure 3). 20 Afin de limiter les risques d'usure des éléments d'étanchéité 30a, 30b et d'endommagement de la paroi interne 11 de la chambre 10, les éléments d'étanchéité 30a, 30b sont préférentiellement réalisés dans un matériau Composite à Matrice Céramique (CMC). Les éléments d'étanchéité forment avec les logements 24a, 24b, un 25 moyen d'étanchéité adapté pour faire l'étanchéité entre l'aube 20 et la paroi interne 11 de la chambre 10. Ainsi, une turbine équipée de telles aubes 20 présente, comme illustrés sur les figures 3 et 4, une bonne étanchéité entre les aubes 20 et la paroi interne 11 de la chambre 10 grâce aux éléments d'étanchéité 30a, 30b. En effet, lors de la mise en 30 rotation des aubes, le montage libre en translation des éléments d'étanchéité 30a, 30b 3025555 9 dans les logements 24a, 24b correspondant permet un déplacement des éléments d'étanchéité 30a, 30b de la position de repos, illustré sur la figure 2, à la position de fonctionnement illustrée sur les figures 3 et 4 quel que soit le jeu entre le talon 25 et la paroi interne 11 de la chambre 10.En effet, avec le dimensionnement des logements 24a, 5 24b et des parois d'étanchéité 32a, 32b qui est adapté, l'embase 32a, 32b de chaque élément d'étanchéité sera en butée uniquement, comme cela est illustré sur la figure 3, lorsque le jeu entre le talon 25 correspondant et la paroi interne 11 de la chambre 10 est maximale. Ainsi et comme illustré sur la figure 3, lors du démarrage de la 10 turbomachine, la vitesse de rotation du rotor est suffisante pour déplacer les éléments d'étanchéité 30a, 30b sans, dans un premier temps, atteindre une vitesse dans laquelle la longueur du corps d'aube 21 est influencée. Dans cette configuration, le jeu entre le talon 25, hors éléments d'étanchéité 30a, 30b, et la paroi interne 11 est alors maximal. Le déplacement des éléments d'étanchéité 30a, 30b les amènent en butée sur la paroi 15 extérieure du logement 24a, 24b en ayant leur extrémité extérieure en contact avec la paroi interne 11. Lorsque la turbomachine atteint son plein régime, comme cela est illustré sur la figure 4, le rotor présente une vitesse telle que la force centrifuge engendrée entraine un allongement du corps d'aube 21. Il en résulte, avec la dilatation de 20 la chambre, que le jeu entre le talon 25, hors élément d'étanchéité 30a, 30b, et la paroi interne 11 est réduit et devient minimal. Dans cette configuration, les éléments d'étanchéité 30a, 30b sont maintenus par l'appui de leur extrémité extérieur sur la paroi interne, et se trouvent placés dans une position intermédiaire dans le logement correspondant. 25 Les éléments d'étanchéité 30a, 30b étant ainsi maintenus dans ces deux configurations extrêmes en contact avec la paroi interne 11 de la chambre 10, les fuites de gaz au niveau de l'espace entre les aubes 20 et la paroi interne 11 de la chambre 10 sont limitées quelle que soit la configuration de la turbomachine. Les performances de la turbomachine sont donc conservées. 3025555 10 Il est à noter, bien entendu, que si les figures 2 à 4 ne figurent pas de couche de matériau abradable au niveau de la paroi interne 11 de la chambre 10, cette possibilité est compatible avec l'invention. Selon cette possibilité, les éléments d'étanchéité 30a, 30b viennent en contact sur la couche abradable et entrainer une usure 5 de cette dernière. Lorsqu'une telle couche abradable est présente, les logements 24a, 24b sont ainsi dimensionnés pour permettre de compenser l'usure de la couche abradable et permettre que les éléments d'étanchéité 30a, 30b puissent être en contact avec cette dernière quel que soit l'usure de cette couche et la configuration de la turbomachine. 10 Si dans le mode de réalisation décrit ci-dessus les éléments d'étanchéité 30 sont montés libres en translation par rapport au reste de l'aube, il est également envisageable que ce mouvement soit contraint. Ainsi, il est par exemple possible de prévoir un système de ressorts qui peut être adapté pour, en fonctionnement de la turbomachine, mettre l'élément d'étanchéité en contact avec la paroi interne de la 15 chambre. De même, il également envisageable de prévoir une commande pneumatique adaptée pour mettre l'élément d'étanchéité en contact avec la paroi interne de la chambre. De plus, si la configuration des éléments d'étanchéité dans le mode de réalisation décrit ci-dessus est particulièrement adaptée pour une aube comportant un 20 talon, il est également envisageable d'équiper une aube ne comportant pas talon avec de tels éléments d'étanchéité ceci sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Pour finir, si dans le mode de réalisation décrit ci-dessus les éléments d'étanchéité sont montés mobiles en translation, le montage mobile de ces derniers peut être autre sans que l'on sorte du cadre de l'invention. En effet, il est tout à fait 25 envisageable de monter les éléments d'étanchéité mobiles en rotation avec un agencement adapté pour que la mise en rotation du rotor les déplacent en contact avec la paroi interne de la chambre. REVENDICATIONS1. Aube (20) de turbine destinée à être montée mobile en rotation dans une chambre (10) de turbine d'une turbomachine (1) et comportant : - un corps d'aube (21) présentant une tête d'aube (22), - au moins un moyen d'étanchéité adapté pour faire l'étanchéité entre l'aube (20) et une paroi interne (11) de la chambre (10) lorsque l'aube (20) est montée dans la chambre (10), le moyen d'étanchéité étant monté sur la tête d'aube (22), l'aube (20) étant caractérisée en ce que le moyen d'étanchéité comporte au moins un premier élément d'étanchéité (30a, 30b) monté mobile sur la tête d'aube (22) entre une position de repos et une position de fonctionnement dans lequel l'élément d'étanchéité (30a, 30b) fait radialement saillie de la tête d'aube (22) d'une hauteur plus importante qu'en position de repos. 2. Aube (20) selon la revendication 1, dans lequel le premier élément d'étanchéité (30a, 30b) est monté mobile en translation entre sa position de repos et sa position de fonctionnement, ce montage mobile en translation étant préférentiellement selon une trajectoire sensiblement radiale vis-à-vis de l'axe de la turbomachine lorsque l'aube (20) est montée dans la chambre (10). 3. Aube (20) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'élément d'étanchéité (30a, 30b) est monté libre en déplacement de manière à ce que la mise en rotation de l'aube (20) autour de l'axe de la turbomachine (1) déplace l'élément d'étanchéité en direction de sa position de fonctionnement. 4. Aube selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre un moyen de contrainte adapté pour contraindre l'élément d'étanchéité dans sa position de fonctionnement. 5. Aube (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le moyen d'étanchéité comprend en outre un logement (24a, 24b) 3025555 12 aménagé dans la tête d'aube (20), ledit logement (24a, 24b) logeant l'élément d'étanchéité (30a, 30b) en position de repos, ledit logement (24a, 24b) étant préférentiellement aménagé dans un talon (25) de la tête d'aube (22). 6. Aube (20) l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle l'élément d'étanchéité comporte une embase (31a, 31b) et une paroi d'étanchéité (32a, 32b) qui s'étend circonférentiellement, vis-à-vis de l'axe de la chambre lorsque l'aube y est montée, à partir de l'embase (31a, 31b). 10 7. Aube (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle l'élément d'étanchéité (30a, 30b) est dimensionné pour être en contact sur une portion circonférentielle de la paroi interne de la chambre, l'élément d'étanchéité étant préférentiellement conformé pour que, lorsque des aubes forment une roue de la turbine, l'ensemble des éléments d'étanchéité soit en contact sur une ligne 15 circonférentielle sensiblement continue de la chambre (10). 8. Aube (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le moyen d'étanchéité comprend au moins un deuxième élément d'étanchéité (30b, 30a) monté mobile sur la tête d'aube (22) entre une position de repos et une 20 position de fonctionnement dans laquelle le deuxième élément d'étanchéité (30b, 30a) fait radialement saillie de la tête d'aube (22) d'une hauteur plus importante qu'en position repos. 9. Ensemble de turbine, comportant un carter délimitant une chambre 25 (10) de turbine et au moins une aube de turbine montée mobile en rotation dans la chambre (10), ledit ensemble étant caractérisé en ce que l'aube de turbine est une aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Turbomachine (1) comportant une chambre (10) de turbine et au moins une aube (20) montée mobile dans ladite chambre (10), la turbomachine (1) étant caractérisée en ce que ladite aube (20) est une aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.