Brevet FR3058758A1 — publié le 20180518

Turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion La présente invention concerne une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. La demande de brevet FR3008750, au nom de la Demanderesse, divulgue une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant un compresseur haute pression en aval duquel est monté un compresseur centrifuge comprenant un rouet équipé de pales. La turbomachine comporte en outre un couvercle annulaire délimitant avec le rouet une veine annulaire de circulation d'un flux d'air. Le couvercle comporte une partie aval fixée à un carter de la turbomachine et une partie amont maintenue en position par rapport audit carter, par l'intermédiaire d'une virole annulaire. L'air issu du compresseur centrifuge est destiné à alimenter une chambre de combustion de la turbomachine, comme cela est connu en soi. Il existe un besoin d'assurer l'étanchéité entre la virole et le couvercle, tout en permettant de compenser d'éventuels phénomènes de dilatation différentielle entre la virole et le couvercle. En effet, la virole et le couvercle peuvent être réalisés dans des matériaux différents et/ou être soumis à des températures différentes en fonctionnement via des gradients différents de température, de sorte que ces deux éléments peuvent se dilater différemment l'un de l'autre et donc se déplacer relativement l'un par rapport à l'autre. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce besoin. A cet effet, elle propose une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant un compresseur centrifuge comprenant un rouet équipé de pales, et un couvercle annulaire délimitant avec le rouet une veine annulaire de circulation d'un flux d'air, ledit couvercle comportant une partie aval fixée à 3058758 2 un carter de la turbomachine et une partie amont maintenue en position par rapport audit carter, par l'intermédiaire d'une virole annulaire, caractérisée en ce que la virole et le couvercle délimitent entre eux un espace annulaire dans lequel est ménagé un organe de retenue solidaire de la virole, ledit 5 organe de retenue délimitant avec ladite virole une gorge dans laquelle est monté un organe d'étanchéité annulaire, l'organe d'étanchéité annulaire étant monté autour d'une partie du couvercle et étant maintenu en appui par l'organe de retenue sur une partie de la virole. Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de 10 circulation des gaz au sein de la turbomachine. L'organe de retenue sert à maintenir l'organe d'étanchéité en position. Par ailleurs, l'organe annulaire d'étanchéité ferme, au moins en partie, le jeu annulaire entre ledit espace annulaire et la veine annulaire de circulation du flux d'air, de façon à assurer l'étanchéité entre la virole et le 15 couvercle. L'organe d'étanchéité annulaire est par exemple un anneau fendu apte à être déformé élastiquement. De cette manière, l'organe d'étanchéité est apte à tolérer des dilatations thermiques du couvercle, autour duquel il est monté. Par 20 ailleurs, une telle élasticité permet de maintenir avec une légère précontrainte l'organe d'étanchéité en appui sur le couvercle. La partie amont du couvercle peut comporter une première surface cylindrique tournée radialement vers l'extérieur, un premier épaulement s'étendant radialement depuis ladite première surface 25 cylindrique, la virole comportant, d'une part, une seconde surface cylindrique tournée radialement vers l'intérieur, et d'autre part, à sa partie sur laquelle l'organe d'étanchéité est maintenu en appui, un second épaulement opposé au premier épaulement et décalé axialement vers l'amont par rapport au premier épaulement, l'espace annulaire étant 30 délimité par les première et seconde surfaces cylindriques et par les premier et second épaulements du couvercle. 305 875 8 3 Dans ce cas, l'organe d'étanchéité peut être monté sans jeu autour de la première surface cylindrique et peut être maintenu en appui sur le second épaulement par l'organe de retenue. L'organe de retenue peut être annulaire et comporter une 5 section en forme générale de L, comprenant une première branche s'étendant axialement, solidaire de la seconde surface cylindrique, par exemple par frettage, et une seconde branche s'étendant radialement et délimitant avec le second épaulement la gorge annulaire dans laquelle est monté l'organe d'étanchéité. 10 De plus, la virole peut comporter une troisième surface cylindrique située en amont et radialement à l'intérieur par rapport à la deuxième surface cylindrique, un jeu annulaire étant délimité entre la première surface cylindrique du couvercle et la troisième surface cylindrique de la virole 15 En particulier, ledit jeu annulaire est compris entre 0,3 mm et 1 mm, par exemple entre 0,45 mm et 0,85 mm. Le jeu peut notamment être fonction de la température environnante. Un tel jeu est suffisant pour compenser les effets de dilatation différentielle entre la virole et le couvercle en fonctionnement. 20 La virole annulaire et le couvercle peuvent être réalisés dans deux matériaux différents. En particulier, la virole annulaire peut être réalisée en acier inoxydable et le couvercle peut être réalisé en un superalliage à base de nickel. 25 En particulier, l'acier inoxydable peut comporter environ 0,12 % de carbone, 11 à 12,5% de chrome et 2,5% de nickel. Cet acier peut être martensitique. Par ailleurs, cet acier au chrome peut répondre à l'une au moins des références suivantes : X12CrNiM0V12-3, X11CrNiM0V12, Z12CNDV12, jethete M152. Concernant le superalliage à base de Nickel, il 30 peut s'agir d'un alliage dont des composants sont sensiblement dans les 3058758 4 proportions suivantes : Nickel 35% à 40%, Cobalt 12% à 16%, Niobium 4,3% à 5,2%, Titane 1,3% à 1,8%. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 5 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une partie d'une turbomachine selon une forme de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de détail de la figure 1, montrant le 10 positionnement de l'organe d'étanchéité et du joint dans l'espace annulaire ménagé entre la virole et le couvercle, - la figure 3 est une vue en perspective d'une partie de l'organe de retenue et de l'organe d'étanchéité. Dans ce qui suit, les termes « amont » et « aval » sont définis 15 par rapport au sens d'écoulement des gaz dans la turbomachine. De même, les termes « radial » et « axial » sont définis par rapport à l'axe de la turbomachine. Les figures 1 à 3 représentent une turbomachine, en particulier un turboréacteur selon une forme de réalisation de l'invention. La 20 turbomachine comporte classiquement, d'amont en aval dans le sens d'écoulement des gaz dans la turbomachine, une soufflante logée dans une nacelle, un compresseur basse-pression, un compresseur haute-pression 2, un compresseur centrifuge 3, un diffuseur 4, une chambre de combustion, une turbine haute-pression et une turbine basse-pression. 25 Le compresseur centrifuge 3 comprend un rouet annulaire 5 équipé de pales 6, formant le rotor, et un couvercle annulaire 7 appartenant au stator et délimitant avec le rouet 5 une veine annulaire 8 de circulation d'un flux d'air. Lors de la rotation du rouet 5, de l'air issu du compresseur haute-pression 2 est aspiré à l'amont du compresseur centrifuge 3, puis est 30 expulsé à haute pression et selon une direction radiale, dans le diffuseur 4 situé en aval du compresseur centrifuge 3. 3058758 5 La forme du couvercle annulaire 7 est telle qu'elle suit avec un jeu minimal la surface balayée par les extrémités radiales des pales 6 du rouet 5. Le couvercle 7 est par ailleurs agencé de façon à ce que son extrémité amont 9 assure une continuité de surface avec la paroi 5 radialement externe 10 de la veine 11 du compresseur haute-pression 2 et que son extrémité aval 12 assure une continuité de surface avec la paroi amont 13 du diffuseur 4. La partie aval du couvercle 7 comporte une bride 14 fixée par l'intermédiaire de boulons 15 à un carter externe fixe 16 de la 10 turbomachine. Par ailleurs, la partie amont du couvercle 7 est maintenue radialement en position par l'intermédiaire d'une virole annulaire 17. Ladite virole 17 comporte en particulier une extrémité aval 18 qui est fixée au carter 16 par l'intermédiaire de boulons 19 et une partie amont 20 qui coopère avec la partie amont du couvercle 7 de façon à assurer son 15 maintien en position. Comme cela est mieux visible à la figure 2, la partie amont 9 du couvercle 7 comporte une première surface cylindrique 21 tournée radialement vers l'extérieur, un premier épaulement 22 s'étendant radialement depuis ladite première surface cylindrique 21 et étant décalé 20 vers l'aval par rapport à l'extrémité amont du couvercle 7. Par ailleurs, la partie amont 20 de la virole 17 comporte une deuxième surface cylindrique 23 tournée radialement vers l'intérieur, un deuxième épaulement 24 opposé au premier épaulement 22 et décalé axialement vers l'amont par rapport au premier épaulement 22, et une 25 troisième surface cylindrique 25 située en amont et radialement à l'intérieur par rapport à la deuxième surface cylindrique 23, un jeu annulaire JR étant délimité radialement entre la première surface cylindrique 21 du couvercle 7 et la troisième surface cylindrique 25 de la virole 17. Ledit jeu annulaire JR est compris entre 0,3 mm et 1 mm, par exemple entre 0,45 mm et 0,85 30 mm (à température d'environ 20°C). 3058758 6 La partie amont 20 de la virole 17 comporte en outre un troisième épaulement 26 s'étendant radialement vers l'intérieur depuis la troisième surface cylindrique 25 et décalé axialement vers l'aval par rapport au deuxième épaulement 24. L'épaulement 26 est situé en regard de 5 l'extrémité amont 9 du couvercle 7 et est écarté de ladite extrémité 9 d'un jeu axial JA. Un espace annulaire 27 est délimité entre le couvercle 7 et la virole 17 par les première et seconde surfaces cylindriques 21,23 et par les premier et second épaulements 22, 24. 10 Un organe de retenue 28 est monté dans ledit espace annulaire 27. L'organe de retenue 28 est annulaire et comporte une section en forme générale de L, comprenant une première branche 29 s'étendant axialement, solidaire de la seconde surface cylindrique 23, par exemple par frettage, et une seconde branche 30 s'étendant radialement et délimitant 15 une gorge annulaire 31 avec l'épaulement 24. La distance Dl entre la périphérie radialement interne de la seconde branche 30 et la première surface cylindrique 21 est comprise entre 0,65 et 1,15 mm. L'extrémité amont de la première branche 29 comporte un 20 chanfrein 32 radialement externe. Par ailleurs, l'extrémité aval de la première branche 29 comporte un évidement annulaire 33. Un organe d'étanchéité 34 est monté dans la gorge annulaire 31 délimitée par la seconde branche 29 et le second épaulement 24. L'organe d'étanchéité 34 est un anneau fendu apte à être déformé élastiquement, de 25 section carrée. La périphérie radialement interne 35 de l'organe d'étanchéité 34 est maintenue avec une légère précontrainte radiale en appui sur la première surface cylindrique 21 du couvercle 7. Par ailleurs, les dimensions de l'organe d'étanchéité 34 et de l'organe de retenue 28 sont telles que la face radiale amont 36 de l'organe d'étanchéité 34 est 30 maintenue en appui sur le second épaulement 24 de la virole 17. La face radiale arrière 37 de l'organe d'étanchéité 34 est en appui sur la seconde 3058758 7 branche 30. La périphérie radialement externe 38 de l'organe d'étanchéité 34 est écartée de la surface cylindrique radialement interne de la première branche 29, d'une distance D2 inférieure D1 et comprise entre 1 et 1,3 mm, par exemple. 5 Les extrémités amont et aval des surfaces cylindriques formées par les périphéries radialement interne et externe 35, 38 de l'organe d'étanchéité 34 peuvent comprendre des congés 39 ou des chanfreins. En fonctionnement, l'organe d'étanchéité 34 est apte à se déformer simultanément et dans les mêmes proportions que la partie 10 amont du couvercle 7. L'utilisation d'un anneau fendu 34 permet également de réduire les contraintes relatives aux tolérances dimensionnelles des différentes pièces. La fente 40 de l'organe d'étanchéité 34 peut présenter une largeur, c'est-à-dire une distance circonférentielle, comprise entre 0,1 et 1 15 mm, de préférence de l'ordre de 0,4 mm. La fente 40 peut présenter une forme de chicane, comme cela est visible à la figure 3. La forme en chicane permet de limiter de façon importante la section de fuite à la coupure et d'améliorer l'étanchéité, tout en évitant l'arc-boutement des deux parties. La virole annulaire 17 est réalisée par exemple en acier 20 inoxydable, le couvercle 7 étant réalisé par exemple en un superalliage à base de nickel. Par ailleurs, l'organe de retenue 28 peut être réalisé en superalliage à base de nickel et l'organe d'étanchéité 34 peut être réalisé en un superalliage à base de nickel. L'organe annulaire d'étanchéité 34 ferme le jeu annulaire JR 25 entre l'espace annulaire 27 et la veine annulaire 8 du compresseur centrifuge 3, de façon à assurer l'étanchéité entre la virole 17 et le couvercle 7. Le déplacement relatif entre la virole 17 et le couvercle 7 peut également être limité par appui de la périphérie radialement externe de 30 l'organe d'étanchéité 34 sur la première branche 29, par appui de 3058758 8 l'extrémité amont 9 du couvercle 7 sur l'épaulement 26 de la virole 17, et/ou par appui de la seconde branche 30 sur l'épaulement 22 du couvercle 7. Afin de réaliser le montage de l'organe d'étanchéité 34 dans l'espace annulaire 27, ledit organe 34 peut être collé sur l'épaulement 24 5 par l'intermédiaire de points de colle, l'organe de retenue 28 pouvant être monté autour de l'organe d'étanchéité 34 et fretté à la virole 17. Le couvercle 7 peut ensuite être engagé de façon à ce que la première surface cylindrique 21 soit engagée à l'intérieur de la périphérie interne 35 de l'organe d'étanchéité 34 ainsi collé. Lors du montage, une cale peut être 10 introduite dans la fente 40 de l'organe d'étanchéité 34 de manière à faciliter l'insertion de l'extrémité amont 9 du couvercle 7 dans l'organe d'étanchéité 34, la cale pouvant ensuite être retirée après montage. Il est possible de monter l'organe d'étanchéité 34 sur la virole 17, fretter ensuite l'organe de retenue 28 et appliquer un point de colle au niveau de la fente 40 en 15 maintenant l'organe d'étanchéité 34 ouvert, en positionnant une cale le temps que la colle sèche, par exemple 20 secondes environ. Cela suffit à maintenir l'organe d'étanchéité 34 ouvert le temps d'accoster le couvercle 7. En utilisation, les points de colle sont détruits du fait de l'augmentation de la température, la périphérie interne 35 de l'organe d'étanchéité 34 20 venant alors se plaquer élastiquement contre la première surface cylindrique 21 du couvercle 7. REVENDICATIONS1. Turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant un compresseur centrifuge (3) comprenant un rouet (5) équipé de pales (6), et un couvercle annulaire (7) délimitant avec le rouet (5) une veine annulaire (8) de circulation d'un flux d'air, ledit couvercle (7) comportant une partie aval fixée à un carter (16) de la turbomachine et une partie amont maintenue en position par rapport audit carter (16), par l'intermédiaire d'une virole annulaire (17), caractérisée en ce que la virole (17) et le couvercle (7) délimitent entre eux un espace annulaire (27) dans lequel est ménagé un organe de retenue (28) solidaire de la virole (17), ledit organe de retenue (28) délimitant avec ladite virole (17) une gorge (31) dans laquelle est monté un organe d'étanchéité (34) annulaire, l'organe d'étanchéité annulaire (34) étant monté autour d'une partie (21) du couvercle (7) et étant maintenu en appui par l'organe de retenue (28) sur une partie (24) de la virole (17). 2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'étanchéité annulaire (34) est un anneau fendu apte à être déformé élastiquement. 3. Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie amont du couvercle (7) comporte une première surface cylindrique (21) tournée radialement vers l'extérieur, un premier épaulement (22) s'étendant radialement depuis ladite première surface cylindrique (21), la virole (17) comportant d'une part une seconde surface cylindrique (23) tournée radialement vers l'intérieur, et d'autre part, à sa partie sur laquelle l'organe d'étanchéité (34) est maintenu en appui, un second épaulement (24) opposé au premier épaulement (22) et décalé axialement vers l'amont par rapport au premier épaulement (22), l'espace annulaire (27) étant délimité par les première et seconde surfaces cylindriques (21, 23) et par les premier et seconds épaulements (22, 24). 3058758 10 4. Turbomachine selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'organe d'étanchéité (34) est monté sans jeu autour de la première surface cylindrique (21) et est maintenu en appui sur le second épaulement (24) par l'organe de retenue (28). 5 5. Turbomachine selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que l'organe de retenue (28) est annulaire et comporte une section en forme générale de L, comprenant une première branche (29) s'étendant axialement, solidaire de la seconde surface cylindrique (23), par exemple par frettage, et une seconde branche (30) s'étendant radialement et 10 délimitant avec le second épaulement (24) la gorge annulaire (31) dans laquelle est monté l'organe d'étanchéité (34). 6. Turbomachine selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la virole (17) comporte une troisième surface cylindrique (25) située en amont et radialement à l'intérieur par rapport à la 15 deuxième surface cylindrique (23), un jeu annulaire (JR) étant délimité entre la première surface cylindrique (21) du couvercle (7) et la troisième surface cylindrique (25) de la virole (17). 7. Turbomachine selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit jeu annulaire (JR) est compris entre 0,3 et 1 mm. 20 8. Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la virole annulaire (17) et le couvercle (7) sont réalisés dans deux matériaux différents. 9. Turbomachine selon la revendication 8, caractérisée en ce que la virole annulaire (17) est réalisée en acier inoxydable, le couvercle (7) 25 étant réalisé en un superalliage à base de nickel.