Brevet FR3071273A1 — publié le 20190322

ENSEMBLE D'ÉTANCHÉITÉ DE TURBINE POUR TURBOMACHINE La présente invention concerne le domaine des turbines pour turbomachine. Il concerne plus particulièrement un étage de turbine pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. 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 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. Classiquement et comme représenté en figure 1, une turbine comporte généralement plusieurs étages comprenant chacun un distributeur accroché radialement vers l'extérieur à un carter externe de la turbine, et une roue à aubes montée en aval du distributeur et tournant radialement à l'intérieur d'un anneau sectorisé également accroché au carter externe. L'anneau sectorisé est formé de plusieurs secteurs qui sont agencés circonférentiellement bout à bout et sont portés par le carter de la turbine. Les secteurs d'anneaux portent chacun intérieurement un bloc de matériau abradable, ces blocs définissant ensemble un anneau de matériau abradable coopérant à frottement avec des léchettes annulaires portées par la roue à aubes. Le distributeur comprend deux plates-formes annulaires coaxiales interne et externe s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre elles par des aubes sensiblement radiales. La plate-forme annulaire externe comprend deux pattes annulaires, respectivement amont et aval, qui s'étendent radialement vers l'extérieur. La patte annulaire amont du 2 distributeur est engagée axialement depuis l'aval sur un rail cylindrique du carter de manière à venir en appui radialement vers l'intérieur sur celui-ci. La roue de turbine est formée d'un disque de rotor portant à sa périphérie des aubes sensiblement radiales. 5 Chaque secteur d'anneau comprend à son extrémité amont un organe circonférentiel à section en C qui est engagé axialement depuis l'aval sur un rail annulaire amont du carter externe et sur une patte annulaire aval de la plate-forme externe du distributeur agencé en amont. Chaque secteur d'anneau comprend à son extrémité aval un secteur de gorge annulaire 10 ouvert rad ialement vers l'extérieur. Ainsi, lorsque les secteurs d'anneau sont agencés circonférentiellement bout à bout, les portions de gorge de chaque secteur d'anneau définissent ensemble une gorge annulaire dans laquelle est engagé un rail annulaire aval du carter externe. Comme cela est visible sur la figure 1, chaque secteur d'anneau 15 comprend un secteur de paroi tronconique se prolongeant vers l'aval par un secteur de paroi cylindrique dont une face externe forme une paroi de fond du secteur de gorge annulaire dudit secteur. Le secteur de gorge annulaire de chaque secteur d'anneau est ainsi délimité par une face aval du secteur de paroi tronconique, une face externe du secteur de paroi cylindrique et un 20 secteur de rebord annulaire radial porté par le secteur de paroi cylindrique. Pour assurer l'étanchéité à la jonction circonférentielle de chaque secteur d'anneau, il est connu de monter un organe d'étanchéité, formé par une plaquette plane à section sensiblement rectangulaire, pour moitié dans un logement d'un bord circonférentiel d'un secteur d'anneau et pour l'autre 25 moitié dans un logement d'un bord circonférentiel en vis-à-vis circonférentiel d'un secteur d'anneau circonférentiellement adjacent. Plus précisément, le logement est formé dans un secteur de paroi tronconique d'un secteur d'anneau, le logement débouchant à son extrémité amont dans la face aval du secteur de gorge annulaire de manière à permettre le montage depuis 30 l'aval de la plaquette d'étanchéité. Un tel agencement de plaquettes d'étanchéité à la jonction entre des secteurs d'anneau est notamment connu 3 du document FR3033827 de la demanderesse. En fonctionnement, on a constaté des frottements des extrémités aval des plaquettes d'étanchéité avec le rail aval du carter externe conduisant à une usure des parties respectives en contact. Ces frottements sont induits 5 par des phénomènes vibratoires liés à l'activité thermique élevée dans la zone considérée pendant le fonctionnement de la turbomachine. Les zones usées des rails du carter ne sont d'ailleurs pas réparables, ce qui réduit considérablement la durée de vie du carter externe et augmente le cout d'exploitation de la turbomachine. 10 Il est proposé à cet effet une solution permettant à la fois de garantir une étanchéité radiale pérenne entre les anneaux de turbine et de limiter les usures des plaquettes d'étanchéité et des rails de carter. A cette fin, l'invention concerne un ensemble d'étanchéité pour une turbomachine, comprenant un premier et un second secteur d'anneau 15 adjacents dans la direction circonférentielle configurés pour supporter un matériau abradable, les premier et second secteurs d'anneau comprenant chacun à une extrémité axiale une gorge dans laquelle est engagée une partie circonférentielle de carter, un organe d'étanchéité étant engagé pour partie dans un logement du premier secteur d'anneau et pour une autre 20 partie dans un logement du second secteur d'anneau, le logement et la gorge du premier secteur d'anneau étant respectivement disposés circonférentiellement en vis-à-vis du logement et de la gorge du second secteur d'anneau, caractérisé en ce que l'organe d'étanchéité comprend une partie d'extrémité axiale disposée radialement entre la partie 25 circonférentielle de carter et les gorges respectives des premier et second secteurs d'anneau. Cette configuration permet à la fois d'augmenter le niveau d'étanchéité entre les secteurs d'anneau et la partie circonférentielle de carter, mais également de supprimer les frottements entre l'organe d'étanchéité et la partie circonférentielle de carter, puisque l'organe 30 d'étanchéité est intercalé entre la partie circonférentielle de carter et les premier et second secteurs d'anneau adjacents. On notera que la partie 4 circonférentielle de carter peut être un rail annulaire permettant le blocage de l'anneau sur le carter au moyen d'un organe en C, par exemple. La partie d'extrémité axiale de l'organe d'étanchéité peut être contrainte élastiquement entre la partie circonférentielle de carter et les 5 premier et second secteurs d'anneau adjacents. Cette contrainte permet de diminuer avantageusement les jeux entre la partie circonférentielle de carter et les premier et seconds secteurs d'anneau, ce qui permet à fortiori de réduire les vibrations et les usures dans cette zone. 10 Selon une autre caractéristique, le logement de chacun des premier et second secteur d'anneau est formé par une rainure débouchant axialement, respectivement, dans la gorge du premier et du second secteur d'anneau. Cela permet de faciliter le montage de la plaquette dans le logement. 15 La gorge de chacun des premier et second secteurs d'anneau peut comprendre une paroi de fond dont les portions d'extrémités circonférentielles comprennent chacune un renfoncement, ces renfoncements étant en vis-à-vis circonférentiel et définissant ensemble une zone de réception de ladite partie d'extrémité axiale d'un organe d'étanchéité 20 L'organe d'étanchéité est formé par une plaquette dont ladite partie d'extrémité axiale est incurvée en direction circonférentielle de manière que sa face radialement interne soit concave. Cela a pour conséquence de rendre homogène le contact entre la partie circonférentielle de carter et l'organe d'étanchéité. Ce nouveau type 25 de contact entre la partie circonférentielle de carter et la plaquette est plus stable que celle de l'art antérieur, ce qui permet de rendre la partie circonférentielle de carter réparable par des procédés d'usinage connus. De préférence, L'organe d'étanchéité présente une épaisseur ou dimension radiale inférieure à la dimension radiale de la zone de réception. 30 Il est proposé en deuxième lieu une turbine comprenant un étage tel que décrit précédemment. 5 Il est proposé en dernier lieu une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant une telle turbine. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante 5 faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES - la figure 1 est une vue en coupe d'une turbine basse pression selon la technique connue ; - la figure 2 est une vue schématique de la zone délimitée en pointillés 10 sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de détail de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe de l'étage de turbine proposé par la présente demande ; - la figure 5 est vue schématique de l'invention ; 15 - la figure 6 est une vue en perspective d'un secteur d'anneau ; - la figure 7 est vue en perspective de deux secteurs d'anneau adjacents ; - la figure 8 est une vue de côté d'un secteur d'anneau ; - la figure 9 est une vue de détail en coupe de la figure 7. DESCRIPTION DETAILLEE 20 La figure 1 illustre une turbine 1 basse pression de turbomachine comprenant plusieurs étages comprenant chacun un distributeur 2 accroché radialement vers l'extérieur à un carter 3 externe de la turbine, et une roue 4 à aubes montée en aval du distributeur 2 et tournant radialement à l'intérieur d'un anneau 5 sectorisé également accroché au carter 3 externe. La roue 4 25 de turbine est formée d'un disque de rotor portant à sa périphérie des aubes 11 sensiblement radiales. L'anneau 5 sectorisé est formé de plusieurs secteurs 5bis, comme illustré sur la figure 2, qui sont agencés circonférentiellement bout à bout et sont portés par le carter 3 de la turbine 6 1. Les secteurs d'anneaux 5bis portent chacun intérieurement un bloc de matériau abradable, ces blocs définissant ensemble un anneau de matériau abradable coopérant à frottement avec des léchettes 6 annulaires portées par la roue 4 à aubes. 5 Chaque distributeur comprend deux plates-formes 7 annulaires coaxiales radialement interne et radialement externe s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre elles par des aubes 8 sensiblement radiales régulièrement espacées circonférentiellement. La plate-forme 7a annulaire externe comprend deux pattes annulaires 9a et 9b, respectivement 10 amont et aval, qui s'étendent radialement vers l'extérieur. La patte annulaire amont 9a de chaque distributeur 2 est engagé axialement depuis l'aval sur un rail 10 cylindrique du carter 3 de manière à venir en appui radialement vers l'intérieur sur celui-ci. Nous nous référons maintenant à la figure 2 dans laquelle est illustré 15 un secteur d'anneau 5bis selon l'art antérieur. Ce dernier comprend à son extrémité amont un organe 12 circonférentiel à section en C qui est engagé axialement depuis l'aval sur un rail 13 annulaire amont du carter 3 externe et sur une patte annulaire aval 9b de la plate-forme externe 7a du distributeur 2 agencé en amont. Le secteur d'anneau 5bis comprend à son extrémité 20 aval un secteur de gorge annulaire 14 ouvert radialement vers l'extérieur. Ainsi, lorsque deux secteurs d'anneau 5bis sont agencés circonférentiellement bout à bout, les portions de gorge de chaque secteur d'anneau 5bis définissent ensemble une gorge annulaire 14 dans laquelle est engagé un rail annulaire aval 10 du carter 3 externe. 25 Comme illustré sur la figure 2, chaque secteur d'anneau 5bis comprend un secteur 15 de paroi tronconique se prolongeant vers l'aval par un secteur 16 de paroi cylindrique qui portent ensemble un secteur de matériau abradable 17. Chaque secteur de gorge 14 est délimité par une face 16a externe du secteur de paroi cylindrique 16 qui forme une surface 30 de fond du secteur de gorge annulaire 14 dudit secteur, et par une face d'extrémité aval 15a du secteur 15 de paroi tronconique et une face amont 7 17a d'un secteur de rebord annulaire 17 porté par le secteur 16 de paroi cylindrique. Comme illustré dans la figure 2 et dans la figure 3, une plaquette 18 plane à section sensiblement rectangulaire est montée pour moitié dans un 5 logement 19 d'un bord circonférentiel du secteur d'anneau et pour l'autre moitié dans un logement 19 d'un bord circonférentiel en vis-à-vis circonférentiel d'un secteur d'anneau circonférentiellement adjacent. Plus précisément, le logement 19 est formé dans un secteur 15 de paroi tronconique d'un secteur d'anneau 5bis, le logement 19 débouchant à son 10 extrémité amont dans la face aval du secteur de gorge annulaire 14 de manière à permettre le montage depuis l'aval de la plaquette 18 d'étanchéité. En fonctionnement, des frottements des extrémités aval de la plaquette 18 d'étanchéité avec le rail 10 aval du carter 3 externe conduisent à une usure des parties respectives en contact. La zone de frottement est 15 illustrée par l'encart I en figure 3. Pour remédier à ces phénomènes d'usure, il est proposé d'utiliser une plaquette 180 qui est une pièce monobloc comprenant deux parties planes formant un angle l'une avec l'autre. Plus spécifiquement, cette plaquette 180 comprend, à l'état monté sur la turbine, une partie d'extrémité axiale 180a 20 s'étendant dans la gorge annulaire 14 et une partie amont 180b engagée dans deux logements 19 en vis-à-vis de deux secteurs d'anneau 5bis adjacents. La partie d'extrémité axiale aval 180a est agencée radialement entre le rail 10 circonférentiel et deux secteurs d'anneau 5bis adjacents, comme cela est illustré dans les figures 4 à 8. 25 Cette configuration permet à la fois d'augmenter le niveau d'étanchéité entre l'anneau et le rail de carter, mais également de supprimer les frottements entre les organes d'étanchéité et le rail de carter. La figure 5 illustre le positionnement de la partie d'extrémité axiale 180a de la plaquette 180 entre le rail circonférentiel et les secteurs d'anneaux 30 5bis adjacent. La partie d'extrémité axiale 180a de la plaquette 180 peut être 8 contrainte élastiquement entre le rail circonférentiel 10 et deux secteurs d'anneau 5bis adjacents. Cette contrainte permet de diminuer avantageusement les jeux entre le rail du carter et l'anneau, ce qui permet à fortiori de réduire les vibrations 5 et les usures dans cette zone. Sur la figure 7, deux secteurs d'anneau 5bis circonférentiellement adjacents sont illustrés. Le logement 19 de chaque bord circonférentiel de chaque secteur d'anneau 5bis est formé par une rainure débouchant axialement dans la gorge annulaire 14 de l'anneau. Cela permet de faciliter 10 le montage de la plaquette dans le logement 19. L'axe de montage de la plaquette dans cette rainure est représenté et noté X dans la figure 8. Par ailleurs, et comme illustré sur la figure 7, chaque secteur de gorge annulaire 14 d'un secteur d'anneau 5bis comprend une paroi de fond dont les portions d'extrémités circonférentielles comprennent chacune un 15 renfoncement 20 définissant avec un renfoncement 20 circonférentiellement adjacent d'une portion d'extrémité circonférentielle d'un secteur d'anneau 5bis circonférentiellement adjacent une zone de réception de ladite partie d'extrémité axiale 180a de la plaquette 180. Comme illustrée sur la figure 9, la partie d'extrémité axiale 180a de la 20 plaquette 180 peut être avantageusement incurvée en direction circonférentielle de sorte que sa face 180c radialement interne soit concave. Cela a pour conséquence de rendre homogène le contact entre le rail circonférentiel 10 et la plaquette 180. Ce nouveau type de contact entre le rail circonférentiel 10 et la plaquette 180 est plus stable que celui de l'art 25 antérieur. Le déplacement de la zone de contact vers l'aval permet de réparer plus facilement le rail 10 du carter par des procédés d'usinage connus. La plaquette 180 présente avantageusement une épaisseur ou une dimension radiale inférieure à la dimension radiale de la zone de réception. 30 Selon un mode préféré de réalisation cette épaisseur est comprise entre 0,1 et 0,5 mm. 9 Il est proposé en deuxième lieu une turbine comprenant un étage tel que décrit précédemment. Ainsi, le rail 10 du carter 3 de cette turbine est rendu réparable, ce qui augmente à fortiori la durée de vie d'une telle turbine. Il est proposé en dernier lieu une turbomachine, telle qu'un 5 turboréacteur ou un turbopropulseur, REVENDICATIONS1. Ensemble d'étanchéité pour une turbomachine, comprenant un premier et un second secteur d'anneau (5, 5bis) adjacents dans la direction circonférentielle configurés pour supporter un matériau abradable, les 5 premier et second secteurs d'anneau (5, 5bis) comprenant chacun à une extrémité axiale une gorge (14, 14bis) dans laquelle est engagée une partie circonférentielle de carter (10), un organe d'étanchéité (180) étant engagé pour partie dans un logement (19) du premier secteur d'anneau (5) et pour une autre partie dans un logement (19bis) du second secteur d'anneau 10 (5bis), le logement (19) et la gorge (4) du premier secteur d'anneau (5) étant respectivement disposés circonférentiellement en vis-à-vis du logement (19bis) et de la gorge (4bis) du second secteur d'anneau (5bis), caractérisé en ce que l'organe d'étanchéité (180) comprend une partie d'extrémité axiale (180a) disposée radialement entre la partie circonférentielle de carter (10) et 15 les gorges (14, 14bis) respectives des premier et second secteurs d'anneau (5, 5bis). 2. Ensemble d'étanchéité selon la revendication 1, dans lequel ladite partie d'extrémité axiale (180a) de l'organe d'étanchéité (180) est contrainte élastiquement entre la partie circonférentiel (10) de carter et les 20 premier et second secteurs d'anneau (5bis). 3. Ensemble d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le logement (19) de chacun des premier et second secteur d'anneau (5, 5bis) est formé par une rainure débouchant axialement, respectivement, dans la gorge (14) du premier et du second secteur d'anneau (5, 5bis). 25 4. Ensemble d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'organe d'étanchéité (180) est formé par une plaquette dont ladite partie d'extrémité axiale (180a) est incurvée en direction circonférentielle de manière à ce que sa face (180c) radialement interne soit concave. 11 5. Ensemble d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la gorge (14, 14bis) de chacun des premier et second secteurs d'anneau (5, 5bis) comprend une paroi de fond dont les portions d'extrémités circonférentielles comprennent chacune un renfoncement (20), ces renfoncements étant en vis-à-vis circonférentiel et définissant ensemble une zone de réception de ladite partie d'extrémité axiale (180a) d'un organe d'étanchéité (180). 6. Ensemble d'étanchéité selon la revendication 5, dans lequel l'organe d'étanchéité (180) présente une épaisseur ou dimension radiale inférieure à la dimension radiale de la zone de réception. 7. Turbine comprenant un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou une turbine selon la revendication 7.