Brevet FR3058756A1 — publié le 20180518

Turbine pour turbomachine La présente invention concerne une turbine pour turbomachine, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, ainsi qu'un procédé de montage d'une telle turbine. Une turbomachine, en particulier une turbomachine à double corps, comporte classiquement, d'amont en aval, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Par convention, dans la présente demande, les termes " amont" et " aval " sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans la turbomachine. De même, par convention dans la présente demande, les termes "intérieur " et " extérieur ", "inférieur " et " supérieur " et "interne " et " externe " sont définis radialement par rapport à l'axe de la turbomachine. Une turbine basse pression de turbomachine comprend un arbre de turbine sur lequel sont montés plusieurs étages successifs comportant chacun une roue à aubes et un distributeur. Chaque roue à aubes comprend un disque portant à sa périphérie externe des aubes sensiblement radiales, les disques des différentes roues étant reliés coaxialement les uns aux autres et à l'arbre d'entraînement du rotor de la turbine par des moyens appropriés. Chaque distributeur comprend une plate-forme annulaire interne et une plate-forme annulaire externe entre lesquelles s'étendent des pales sensiblement radiales. La plate-forme externe du distributeur comprend des moyens d'accrochage et de fixation sur un carter externe de la turbine. L'ensemble des distributeurs forme la partie fixe du moteur appelée stator. Les aubes de chaque roue du rotor comportent classiquement des léchettes à leur périphérie radialement externe, coopérant avec un 3058756 2 anneau de matériau abradable de façon à former des moyens d'étanchéité de type joint à labyrinthe. Une telle structure est par exemple connue du document FR 2 879 649. 5 Afin de garantir un rendement élevé de la turbomachine, il est nécessaire de contrôler les jeux au niveau desdits joints et limiter les débits de fuite à l'interface entre les léchettes des aubes et l'anneau en matériau abradable. Il existe un besoin d'améliorer encore l'efficacité de tels joints 10 labyrinthe ainsi que le montage de la turbine. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, l'invention propose une turbine pour turbomachine, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, 15 comportant un carter et un rotor comprenant des aubes dont la périphérie radialement externe comporte au moins une première léchette s'étendant radialement vers l'extérieur, des moyens d'étanchéité s'étendant radialement autour des aubes et comportant un anneau en matériau abradable, les extrémités radialement externes des premières léchettes 20 étant engagée dans une gorge dudit anneau en matériau abradable de manière à former un joint de type labyrinthe, caractérisée en ce que ledit anneau est formé de plusieurs secteurs angulaires contigus, chaque secteur d'anneau comportant au moins un organe de fixation coopérant avec au moins une bride d'accrochage complémentaire du carter de 25 manière à assurer le montage de chaque secteur sur le carter par déplacement axial dudit secteur par rapport au carter. De cette manière, les différents secteurs peuvent être montés autour des aubes de manière à former l'anneau en matériau abradable, avant d'engager axialement l'ensemble comportant notamment les aubes 30 et lesdits secteurs dans le carter, de façon à ce que les organes de fixation 3058756 3 des secteurs coopèrent avec les brides en vue d'assurer la fixation desdits secteurs dans le carter, autour des aubes. Dans ce cas, il est possible d'avoir une première léchette qui forme un joint de type labyrinthe avec les parois de la gorge, ledit joint 5 présentant une perte de charge importante, sensiblement plus importante que dans le cas de l'art antérieur. En effet, il est possible d'avoir une première léchette qui est de grande dimension radiale, engagée dans une gorge de grande dimension radiale également, le montage étant alors rendu possible par la structure sectorisée de l'anneau et par l'engagement 10 axial desdits secteurs et des aubes dans le carter de la turbine. Chaque bride peut comporter une première partie s'étendant radialement depuis une paroi cylindrique ou tronconique du carter, et une seconde partie s'étendant axialement, coopérant avec l'organe de fixation du secteur d'anneau correspondant. 15 Chaque organe de fixation peut comporter une section générale en U comprenant des branches s'étendant axialement et écartées radialement l'une de l'autre, venant en prise de part et d'autre d'une partie axiale de la bride d'accrochage complémentaire. La turbine peut comporter au moins un premier organe de 20 fixation et au moins un second organe de fixation, décalés axialement l'un par rapport à l'autre, aptes à coopérer respectivement avec une première bride et une seconde bride du carter. Chaque secteur d'anneau peut comporter un bloc de matériau abradable fixé à un support, chaque organe de fixation étant formé par ledit 25 support ou fixé audit support. Chaque aube peut comporter au moins une première léchette s'étendant radialement et au moins une seconde léchette s'étendant radialement à l'extérieur par rapport à la première léchette, la première léchette et la seconde léchette étant décalées axialement l'une par rapport 30 à l'autre. 3058756 4 La première léchette peut être engagée dans une première gorge du secteur d'anneau correspondant, la seconde léchette étant engagée dans une seconde gorge du secteur d'anneau. La première léchette peut être engagée dans une première 5 gorge du secteur d'anneau correspondant, l'extrémité radialement externe de la seconde léchette étant située à proximité d'une surface en portion de cylindre du secteur d'anneau. La turbine peut comporter un distributeur, comportant une plate-forme radialement externe, en appui sur une bride du carter, le secteur 10 comportant un organe de fixation venant fixer la plate-forme externe du distributeur sur la bride correspondante du carter, tout en assurant la fixation du secteur sur ladite bride. L'invention concerne également un procédé de montage d'une turbine du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes 15 consistant à: - monter les secteurs autour des aubes de manière à former l'anneau en matériau abradable, - engager axialement l'ensemble comportant notamment les aubes et lesdits secteurs dans le carter, de façon à ce que les 20 organes de fixation des secteurs coopèrent avec les brides de manière à assurer la fixation desdits secteur dans le carter, autour des aubes. Un tel procédé est simple et rapide à mettre en oeuvre et permet un montage ou un démontage aisé de la turbine. 25 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 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 30 turbine selon une forme de réalisation de l'invention, 3058756 5 - la figure 2 est une vue éclatée, en perspective, d'une partie de la turbine, - les figures 3 à 5 illustrent différentes étapes de montage de la turbine des figures 1 et 2, 5 - la figure 6 illustre une aube et un secteur d'abradable d'une turbine selon une variante de réalisation de l'invention. Une turbine basse-pression 1 d'une turbomachine selon une première forme de réalisation est illustrée à la figure 1. La turbine 1 comporte un carter 2 fixe, présentant une paroi tronconique 3 dont l'axe 10 correspond à l'axe de la turbomachine et à partir de laquelle des brides 4, 5 s'étendent radialement vers l'intérieur. Le carter 2 comporte en particulier une bride amont 4 et une bride aval 5. Les termes amont et aval sont définis par référence au sens d'écoulement du flux de gaz au sein de la turbine 1, c'est-à-dire de gauche à droite sur la figure 1. 15 Chaque bride 4, 5 comporte une première partie annulaire 6 s'étendant radialement vers l'intérieur depuis la paroi tronconique 3, et une seconde partie cylindrique 7 s'étendant vers l'aval. La bride amont 4 comporte en outre un rebord radial annulaire 8 s'étendant radialement vers l'intérieur depuis l'extrémité aval de la seconde 20 partie 7. Le stator de la turbine 1 comporte notamment un étage de distributeur 9, dit distributeur amont. Le distributeur 9 comportant une plate-forme radialement interne (non visible), une plate-forme radialement externe 10 et des pales fixes 11 reliant lesdites plates-formes. 25 La plate-forme externe 10 du distributeur amont 9 comporte un évidement 12 délimitant une zone d'appui formée par un rebord radialement externe 13, s'étendant axialement vers l'aval. L'extrémité aval du rebord 13 est en appui axialement sur le rebord 8 de la bride amont 4 du carter 2, ledit rebord 13 étant en outre en 30 appui axial sur la seconde partie 7 de la bride amont 4. 3058756 6 La turbine 1 comporte en outre un anneau 14 comprenant un matériau abradable, monté fixement sur le carter 2 et formé de plusieurs secteurs angulaires 15 contigus, identiques et répartis sur toute la circonférence. Chaque secteur comporte un bloc de matériau abradable 16. 5 L'anneau formé par les différents blocs 16 de matériau abradable comporte une première gorge annulaire 17, présentant une première dimension radiale ou profondeur et débouchant au niveau d'une surface radialement interne cylindrique 18 de l'anneau, et deux secondes gorges annulaires 19, présentant chacune une seconde dimension radiale 10 ou profondeur et débouchant au niveau de ladite surface radialement interne 18. Les deux secondes gorges 19 sont décalées axialement de part et d'autre de la première gorge 17. La surface externe du bloc 16 de chaque secteur 15 est fixée à 15 un support 20 de forme annulaire. Un organe de fixation annulaire 21 à section en U est fixé au niveau de l'extrémité amont du support 20, radialement à l'intérieur dudit support 20. Ledit organe de fixation amont 21 comporte une branche radialement externe 22, venant radialement en appui sur la surface externe 20 de la seconde partie 7 de la bride amont 4, et une branche radialement interne 23 venant radialement en appui sur le rebord 13 du distributeur amont 10. Un organe de couplage en rotation 24 est fixé à la branche interne 23 et est engagé dans l'évidement 12 de la plate-forme externe 10 du distributeur amont 9, de manière à immobiliser en rotation le secteur 15 25 par rapport au distributeur amont 9 et au carter 2. Le distributeur amont 10 est ainsi fixé sur la bride amont 4 à l'aide de l'organe de fixation amont 21. Cet organe permet également de fixer le support 20 sur la bride amont 4. Un organe de fixation annulaire à section en U ou des organes 30 localisés tels que des crochets 25 à section en U sont fixés au niveau de d'une zone axialement médiane du support 20, radialement à l'extérieur 3058756 7 dudit support 20. Lesdits organes de fixation 25, qu'on désignera ci-après organes de fixation aval, comportent une branche radialement externe 26 et une brande radialement interne 27, aptes à venir en appui respectivement sur la surface radialement externe et la surface radialement 5 interne de la bride aval 5. Les organes de fixation aval 25 permettent ainsi de fixer le support 20 sur la bride aval 5 du carter 2. La turbine 1 comporte en outre une roue de rotor comportant un disque 28 (figure 2) en périphérie duquel sont montées des aubes 29, la 10 périphérie radialement externe de chaque aube comporte une plate-forme 30 comprenant une première léchette 31, axialement centrale, et deux secondes léchettes 32 décalées axialement de part et d'autre de la première léchette 31. Les première et secondes léchettes 31, 32 s'étendent radialement vers l'extérieur, la première léchette 31 s'étendant radialement 15 à l'extérieur par rapport aux secondes léchettes 32. La première léchette 31 est engagée dans la première gorge 17, les secondes léchettes 32 étant engagées dans les secondes gorges 19. La dimension axiale des gorges 17, 19 autorise un déplacement ou une incertitude de positionnement axial de la roue de rotor, et donc des 20 léchettes 31, 32, par rapport au carter 2, une telle incertitude pouvant être due aux tolérances de fabrication et de montage ainsi qu'aux contraintes mécaniques et/ou thermiques en fonctionnement. Le montage d'une telle turbine 1 est réalisé de la manière suivante. 25 Tout d'abord le distributeur amont 9 est monté à l'intérieur du carter 2, d'une part, et les secteurs 15 sont montés autour des aubes 29 de manière à former l'anneau 14 en matériau abradable. L'ensemble comportant la roue de rotor comportant le disque 28 et les aubes 29, ainsi que l'anneau 14 formé par lesdits secteurs 15, est 30 ensuite engagé axialement à l'intérieur du carter 2, de manière à ce que les organes de fixation 21 soient engagés axialement sur la bride amont 4 et 3058756 8 sur les rebords 13 du distributeur amont 9, et que les organes de fixation aval 25 soit engagés axialement sur la bride aval 5, assurant ainsi à la fois la fixation du distributeur amont 9 et des différents secteurs 15 sur le carter 2. 5 La figure 6 représente une variante de réalisation qui diffère de celle exposée précédemment en ce que l'anneau formés par les blocs 16 est dépourvu de secondes gorges 19, les secondes léchettes 32 venant en regard des surfaces cylindriques radialement internes 18 des blocs 16 de matériau abradable. 10 REVENDICATIONS1. Turbine (1) pour turbomachine, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant un carter (2) et un rotor comprenant des aubes (29) dont la périphérie radialement externe comporte au moins une première léchette (31) s'étendant radialement vers l'extérieur, des moyens d'étanchéité s'étendant radialement autour des aubes (29) et comportant un anneau (14) en matériau abradable, les extrémités radialement externes des premières léchettes (31) étant engagée dans une gorge (17) dudit anneau (14) en matériau abradable de manière à former un joint de type labyrinthe, caractérisée en ce que ledit anneau (14) est formé de plusieurs secteurs angulaires (15) contigus, chaque secteur d'anneau (15) comportant au moins un organe de fixation (21, 25) coopérant avec au moins une bride d'accrochage complémentaire (4, 5) du carter (2) de manière à assurer le montage de chaque secteur (15) sur le carter (2) par déplacement axial dudit secteur (15) par rapport au carter (2). 2. Turbine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque bride (4, 5) comporte une première partie (6) s'étendant radialement depuis une paroi cylindrique ou tronconique (3) du carter (2), et une seconde partie (7) s'étendant axialement, coopérant avec l'organe de fixation (21, 25) du secteur d'anneau (15) correspondant. 3. Turbine (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque organe de fixation (21, 25) comporte une section générale en U comprenant des branches (22, 23; 26, 27) s'étendant axialement et écartées radialement l'une de l'autre, venant en prise de part et d'autre d'une partie axiale (7) de la bride (4, 5) d'accrochage complémentaire. 4. Turbine (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'il comporte au moins un premier organe de fixation (21) et au 30 moins un second organe de fixation (25), décalés axialement l'un par 3058756 10 rapport à l'autre, aptes à coopérer respectivement avec une première bride (4) et une seconde bride (5) du carter (2). 5. Turbine (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque secteur d'anneau (15) comporte un bloc (16) de matériau 5 abradable fixé à un support (20), chaque organe de fixation (21, 25) étant formé par ledit support (20) ou fixé audit support (20). 6. Turbine (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque aube (29) comporte au moins une première léchette (31) s'étendant radialement et au moins une seconde léchette (32) s'étendant 10 radialement à l'extérieur par rapport à la première léchette (31), la première léchette (31) et la seconde léchette (32) étant décalées axialement l'une par rapport à l'autre. 7. Turbine (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la première léchette (31) est engagée dans une première gorge (17) du 15 secteur d'anneau (15) correspondant, la seconde léchette (32) étant engagée dans une seconde gorge (19) du secteur d'anneau (15). 8. Turbine (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la première léchette (31) est engagée dans une première gorge (19) du secteur d'anneau (15) correspondant, l'extrémité radialement externe de la 20 seconde léchette (32) étant située à proximité d'une surface (18) en portion de cylindre du secteur d'anneau (15). 9. Turbine (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en qu'elle comporte un distributeur (9), comportant une plate-forme radialement externe (10), en appui sur une bride (4) du carter (2), le secteur 25 (15) comportant un organe de fixation (21) venant fixer la plate-forme externe (10) du distributeur (9) sur la bride correspondante (4) du carter (2), tout en assurant la fixation du secteur (15) sur ladite bride (4). 10. Procédé de montage d'une turbine (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant 30 à: 3058756 11 - monter les secteurs (15) autour des aubes (29) de manière à former l'anneau (14) en matériau abradable, - engager axialement l'ensemble comportant notamment les aubes (29) et lesdits secteurs (15) dans le carter (2), de façon à 5 ce que les organes de fixation (21, 25) des secteurs (15) coopèrent avec les brides (4, 5) de manière à assurer la fixation desdits secteur (15) dans le carter (2), autour des aubes (29). 10