Brevet FR3041994A1 — publié le 20170407

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un ensemble d'anneau de turbine comprenant une pluralité de secteurs d'anneau en matériau composite à matrice céramique ainsi qu'une structure de support d'anneau. Dans le cas d'ensembles d'anneau de turbine entièrement métalliques, il est nécessaire de refroidir tous les éléments de l'ensemble et en particulier l'anneau de turbine qui est soumis aux flux les plus chauds. Ce refroidissement a un impact significatif sur la performance du moteur puisque le flux de refroidissement utilisé est prélevé sur le flux principal du moteur. En outre, l'utilisation de métal pour l'anneau de turbine limite les possibilités d'augmenter la température au niveau de la turbine, ce qui permettrait pourtant d'améliorer les performances des moteurs aéronautiques. Afin de tenter de résoudre ces problèmes, il a été envisagé de réaliser des secteurs d'anneau de turbine en matériau composite à matrice céramique (CMC) afin de s'affranchir de la mise en oeuvre d'un matériau métallique. Les matériaux CMC présentent de bonnes propriétés mécaniques les rendant aptes à constituer des éléments de structures et conservent avantageusement ces propriétés à températures élevées. La mise en oeuvre de matériaux CMC a avantageusement permis de réduire le flux de refroidissement à imposer lors du fonctionnement et donc à augmenter la performance des turbomachines. En outre, la mise en oeuvre de matériaux CMC permet avantageusement de diminuer la masse des turbomachines et de réduire l'effet de dilatation à chaud rencontré avec les pièces métalliques. Toutefois, les solutions existantes proposées peuvent mettre en oeuvre un assemblage d'un secteur d'anneau en CMC avec des parties d'accrochage métalliques d'une structure de support d'anneau, ces parties d'accrochage étant soumises au flux chaud. Par conséquent, ces parties d'accrochage métalliques subissent des dilatations à chaud, ce qui peut conduire à une mise sous contrainte mécanique des secteurs d'anneau en CMC et à une fragilisation de ces derniers. 3041994 2 Il existe un besoin pour améliorer les ensembles d'anneau de turbine existants mettant en oeuvre un matériau CMC afin de réduire l'intensité des contraintes mécaniques auxquelles les secteurs d'anneau en 5 CMC sont soumis lors du fonctionnement. Objet et résumé de l'invention A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un ensemble d'anneau de turbine comprenant une pluralité de secteurs 10 d'anneau en matériau composite à matrice céramique formant un anneau de turbine, une structure de support d'anneau ainsi qu'un carter en matériau métallique, la structure de support d'anneau étant formée d'un matériau composite à matrice céramique différent de celui constituant les secteurs d'anneau, chaque secteur d'anneau ayant une partie formant 15 base annulaire avec une face interne définissant la face interne de l'anneau de turbine et une face externe située du côté opposé à la face interne, chacun des secteurs d'anneau étant maintenu par la structure de support d'anneau laquelle est reliée au carter, l'ensemble d'anneau de turbine étant tel que la condition suivante est vérifiée : 20 0,25*E1*(C3-Ci) 5. E2*(C3-C2) 5 0,75*E1*(C3-Ci) (formule A) dans la formule ci-dessus : E1 désigne le module d'Young du matériau formant les secteurs d'anneau, E2 désigne le module d'Young du matériau formant la structure de support d'anneau, C1 désigne le coefficient de dilatation thermique du matériau formant les secteurs d'anneau, C2 25 désigne le coefficient de dilatation thermique du matériau formant la structure de support d'anneau et C3 désigne le coefficient de dilatation thermique du matériau formant le carter. Dans la formule ci-dessus, les modules d'Young sont mesurés à 800°C et sont exprimés en GPa et les coefficients de dilatation thermique 30 sont mesurés à 800°C et sont exprimés en °C-1. La présente invention permet avantageusement de disposer d'un ensemble d'anneau de turbine comprenant une pluralité de secteurs d'anneau en matériau composite à matrice céramique dans lequel les secteurs d'anneau sont soumis lors du fonctionnement à des contraintes 35 mécaniques d'intensité réduite. En effet, le fait de vérifier l'inégalité ci- dessus permet avantageusement de répartir efficacement la contrainte 3041994 3 appliquée lors de la dilatation à chaud du carter métallique entre la structure de support d'anneau, d'une part, et les secteurs d'anneau, d'autre part. En outre, le fait de mettre en oeuvre une structure de support d'anneau en CMC est avantageux afin de réduire le refroidissement 5 nécessaire pour l'ensemble d'anneau de turbine tout en permettant, du fait de la vérification de la formule A ci-dessus, de limiter les contraintes mécaniques appliquées sur les secteurs d'anneau lors du fonctionnement. Dans toute la suite, la direction radiale correspond à la direction selon un rayon de l'anneau de turbine (droite reliant le centre de l'anneau 10 de turbine à sa périphérie). La direction axiale correspond à la direction selon l'axe de révolution de l'anneau de turbine ainsi qu'à la direction d'écoulement du flux gazeux dans la veine. La direction circonférentielle correspond, quant à elle, à la direction le long de la circonférence de l'anneau de turbine. 15 Dans un exemple de réalisation, la structure de support d'anneau peut être sectorisée. En variante, la structure de support d'anneau peut être en une seule pièce. Dans un exemple de réalisation, la structure de support d'anneau peut être formée d'un matériau composite à matrice céramique 20 plus souple que le matériau composite à matrice céramique constituant les secteurs d'anneau. En d'autres termes, l'inégalité suivante peut en outre être vérifiée : E2 REVENDICATIONS1. Ensemble d'anneau de turbine comprenant une pluralité de secteurs d'anneau (1 ; 1') en matériau composite à matrice céramique formant un anneau de turbine, une structure de support d'anneau (2 ; 2') ainsi qu'un carter (3 ; 3') en matériau métallique, la structure de support d'anneau (2 ; 2') étant formée d'un matériau composite à matrice céramique différent de celui constituant les secteurs d'anneau (1 ; 1'), chaque secteur d'anneau (1 ; 1') ayant une partie formant base annulaire (5 ; 5') avec une face interne (6) définissant la face interne de l'anneau de turbine et une face externe (8) située du côté opposé à la face interne (6), chacun des secteurs d'anneau (1 ; 1') étant maintenu par la structure de support d'anneau (2 ; 2') laquelle est reliée au carter (3 ; 3'), l'ensemble d'anneau de turbine étant tel que la condition suivante est vérifiée : 0,25*E1*(C3-Ci) 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la structure de support d'anneau (2 ; 2') est sectorisée. 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la structure de support d'anneau (2 ; 2') est formée d'un matériau composite à matrice céramique plus souple que le matériau composite à matrice céramique constituant les secteurs d'anneau (1 ; 1'). 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les secteurs d'anneau (1 ; 1') comportent des pattes d'accrochage (10 ; 11 ; 10' ; 11') s'étendant depuis leur face externe (8 ; 8') et dans lequel la structure de support d'anneau (2 ; 2') définit des 3041994 15 surfaces support (S ; S') sur lesquelles les pattes d'accrochage (10 ; 11 ; 10' ; 11') des secteurs d'anneau (1 ; 1') sont en appui. 5. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel la structure 5 de support d'anneau (2) comprend au moins une portion d'accrochage (20) reliée au carter (3) ainsi que des portions support (22), ces portions support (22) définissant les surfaces support (S) et étant décalées le long de la direction circonférentielle (C) de l'anneau de turbine, chacun des secteurs d'anneau (1) étant en appui sur deux portions support (22) 10 adjacentes. 6. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel la structure de support d'anneau (2') comprend au moins une portion d'accrochage (20') reliée au carter (3') ainsi qu'au moins une portion support (22') 15 définissant les surfaces support (S'), chacun des secteurs d'anneau (1') étant en appui sur une seule portion support (22'). 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le carter (3) comprend au moins deux brides annulaires (13 ; 20 14) et dans lequel la structure de support d'anneau (2) comprend au moins une portion d'accrochage (20) en appui sur les brides annulaires (13 ; 14) du carter (3). 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 25 dans lequel la structure de support d'anneau (2') comprend au moins une portion d'accrochage (20') reliée au carter (3') par engagement d'une pluralité d'éléments rapportés (30) dans le carter (3') et dans la portion d'accrochage (20'). 30 9. Turbomachine comprenant un ensemble d'anneau de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.