Brevet FR3098851A1 — publié le 20210122

Description Titre de l'invention : Ensemble statorique à étanchéité améliorée [0001] DOMAINE TECHNIQUE GENERAL [0002] L'invention concerne un ensemble de turbomachine comprenant des éléments sta- toriques tels que des distributeurs de turbomachine constitué de plusieurs secteurs annulaires. Et l'invention concerne plus particulièrement l'étanchéité de tels éléments avec leur environnement. Technique antérieure [0003] De manière connue, une turbomachine comprend des compresseurs et des turbines chacun comprenant plusieurs étages comportant chacun unc rangée annulaire d'aubes fixes portées par un carter de la turbomachine et une rangée annulaire montées rotatives autour d'un axe central de rotation. Les aubes fixes sont portées par des plateformes sectorisées, c'est-à-dire qu'elles se composent de plusieurs secteurs mis bout à bout, suivant une circonférence, autour de l'axe de rotation. Les aubes fixes et les plateformes constituent un élément statoriquc. [0004] S'il faut assurer une étanchéité entre les différents secteurs, il faut également assurer une étanchéité entre les éléments statoriques et leur environnement immédiat. Par exemple, s'agissant de la turbine haute pression entre la chambre de combustion et le stator haute pression ou entre le stator haute pression et le rotor haute pression. Idem pour le stator de la turbine basse pression et le rotor de la turbine basse pression. Exposé de l'invention [0005] Un objectif de l'invention est d'assurer l'étanchéité entre les éléments statoriques et leur environnement immédiat. [0006] A cet effet, l'invention propose un ensemble statorique de turbomachine, tel qu'un distributeur, comprenant [0007] - un secteur de stator, ledit secteur comprenant unc plateforme comprenant au moins un rebord extérieur faisant saillie de la surface externe de la plateforme et au moins deux pattes de fixation en face du rebord, le rebord et chaque patte formant, ensemble, un logement, [0008] - au moins une pièce d'étanchéité pour assurer une étanchéité aux fluides entre le secteur de stator et un élément de structure ladite pièce d'étanchéité comprenant une partie continue en forme générale d'arc et une partie discontinue constituée de deux éléments de maintien en forme de U s'étendant depuis la partie continue, lesdits éléments de maintien étant adaptés pour maintenir en position d'étanchéité ladite pièce d'étanchéité, chaque élément de maintien formant, dans chaque logement un ressort prenant appui d'une part sur le rebord et d'autre part sur la patte de fixation en face. 2 [0009] L'invention, selon le premier aspect, est avantageusement complétée par les caracté- ristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : [0010] - la partie continue de la pièce d'étanchéité comprend une lamelle annulaire in- férieure parallèle au rebord extérieur, une partie annulaire intermédiaire élastiquement deformable et sensiblement en équerre qui s'étend radialcment depuis la partie annulaire inférieure, une lamelle annulaire supérieure s'étendant radialement depuis la partie annulaire intermédiaire et est disposée dans le même plan que la partie annulaire inférieure ; [0011] - en position d'étanchéité la pièce d'étanchéité est contrainte par les pattes de fixation et le rebord extérieure pour maintenir en permanence la lamelle annulaire supérieure selon une position axiale en contact avec un élément de structure disposé en face de manière à assurer une étanchéité aux fluides entre ledit ensemble statorique et l'élément de structure ; [0012] - une partie en forme de boucle autour de chaque patte de fixation s'étend depuis chaque élément de maintien formant ressort et présente alors deux parois parallèles plaquées autour de chaque patte ; [0013] - l'ensemble statorique comprend des moyens de fixation à chaque patte de la pièce d'étanchéité par fixation de la boucle formée autour de chaque patte de fixation. [0014] - les moyens de fixation sont des rivets ; [0015] - le secteur de stator comprend un premier rebord extérieur et un deuxième rebord extérieur disposé axialement en face du premier rebord extérieur, au moins deux pattes de fixation étant disposées en face de chaque rebord, l'ensemble comprenant une première pièce d'étanchéité disposée en face du premier rebord et maintenue dans les pattes en face du premier rebord et une deuxième pièce d'étanchéité maintenue dans les pattes en face du deuxième rebord ; [0016] - le secteur de stator comprend deux rebords extérieurs disposés l'un face en de l'autre de manière radiale, au moins deux pattes de fixation étant disposées en face de chaque rebord, l'ensemble comprenant deux pièces d'étanchéité, chacune disposée en face de chacun desdites rebords et maintenues dans les pattes respectives en face du rebord respectif ; [0017] - la pièce d'étanchéité a été obtenue par emboutissage ou par un procédé de fa- brication additive ; [0018] - l'ensemble est un distributeur haute pression et l'élément de structure est une bride d'une chambre de combustion et/ou une bride d'un ensemble à roues mobiles. [0019] L'invention concerne, selon un deuxième aspect, un aéronef comprenant une tur- bomachine comprenant un ensemble selon le premier aspect de l'invention. [0020] Les avantages de l'invention sont multiples. 3 100211 La présence d'une pièce unique d'étanchéité par secteur permet d'avoir une mise en place simple au niveau de chaque secteur. [0022] La maintenance et la fabrication de la pièce sont facilitées, car il y a une seule pièce à gérer au lieu de plusieurs. [0023] La pièce s'intègre à l'environnement des éléments statoriqucs existants sans né- cessiter de modifications de la structure des éléments. [0024] Également les interfaces entre les éléments statoriques et les éléments de structure Brève description des dessins [0025] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la des- cription qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [0026] [fig.1] [0027] - la figure 1 illustre une vue de côté d'un secteur d'un distributeur haute pression d'une turbomachine en sortie d'une chambre de combustion et en entrée d'un ensemble à roues mobiles ; [0028] [fig.2] [0029] - la figure 2 illustre une vue en perspective d'un secteur de distributeur ; [0030] [fig.3] [0031] - la figure 3 illustre une de côté, détaillée, d'un logement d'un secteur de dis- tributeur ; [0032] [fig.4] [0033] - la figure 4 illustre une vue en perspective d'une pièce d'étanchéité selon un premier point de vue ; [0034] W8.51 [0035] - la figure 5 illustre une vue en perspective d'une pièce d'étanchéité selon un deuxième point de vue. [0036] Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. Description des modes de réalisation 100371 La figure 1 illustre une vue de côté d'un secteur 1 d'un distributeur haute pression d'une turbomachine en en sortie d'une chambre de combustion 1 en amont et devant un ensemble à roues mobiles 3 en aval. Le distributeur haute pression et l'ensemble à roues mobiles forment ensemble, de manière connue, une turbine haute pression. L'amont et l'aval sont définis par rapport au sens de circulation des flux de gaz illustré par la !lèche F sur les figures. 100381 On considère ici un distributeur haute pression mais l'invention s'applique à n'importe quel ensemble statorique de turbomachine comprenant des secteurs de stator et des aubes fixes. Elle s'applique donc à un distributeur basse pression par exemple. [0039] Le secteur de stator 1 est illustré de manière plus précise sur la figure 2. [0040] Le secteur de stator 1 comprend une plateforme externe 11 et une plateforme interne 11 entre lesquelles s'étendent des aubes 10 fixes. En général deux aubes fixes par secteur 1. L'intérieur et l'extérieur sont définis par rapport à l'axe de rotation (non représenté mais l'homme du métier comprend de quoi il s'agit) de la turbomachine, l'intérieur étant la partie la plus proche de l'axe de rotation de la turbomachine tandis que l'extérieur est la partie la plus éloignée de l'axe de rotation de la turbomachine. [0041] La plateforme externe 11 comprend sur sa surface externe 110 (celle qui est dirigée à l'opposé de l'axe de rotation de la turbomachine) un rehord amont extérieur 13 et un rehord aval extérieur 15 en face selon une direction axiale depuis le rebord amont extérieur 13. Également la plateforme interne 12 comprend, sur sa surface externe 120 (celle qui est dirigée à l'opposé de l'axe de rotation de la turbomachine), un rehord amont extérieur 14 située en face selon une direction radiale depuis le rebord amont extérieur 13 de la plateforme externe 11. Le secteur 1 de distributeur ici décrit comprend donc trois rebords extérieurs 13, 14, 15. Bien entendu, on pourrait envisager un secteur de stator 1 comprenant quatre rebords extérieurs, un sur chaque côté ou un ou deux. [0042] En face de chacun des rebords 13, 14, 15, deux pattes de fixation 5, 6, 7 sont disposées sur la surface externe 110, 120 de la plateforme 11, 12. Sur l'exemple illustré ici, côté amont, deux pâtes de fixation 5 sont disposées sur les surfaces externes 110, 120 de la plateforme interne 12 et externe 11 et côté aval deux pâtes de fixation 6 sont disposées sur la surface externe de la plateforme externe 11. [0043] Ces pater de fixation 5, 6, 7 servent à fixer des pièces d'étanchéité 4 permettant d'assurer une étanchéité aux flux de gaz entre le secteur 1 de distributeur et son environnement immédiat (ici la chambre de combustion 2 et l'ensemble à roues mobiles 3) circulant dans la turbomachine. [0044] La figure 3 illustre une vue de côté de cette même pièce en position d'étanchéité. Les figures 4 et 5 illustrent respectivement deux vues globales d'une pièce d'étanchéité 4. [0045] En particulier, la pièce d'étanchéité 4 est logée dans des logements 8 formés par les pattes de fixation 5, 6, 7 et le rebord extérieur 15 au niveau de chaque plateforme 11, 12. [0046] En particulier, là où une pièce d'étanchéité 4 est insérée, il y a deux pattes 5, 6, 7 de fixation située en face d'un rebord extérieur 13, 14, 15. La pièce d'étanchéité 4 est maintenue en position d'étanchéité dans les logements grâce à une structure avantageuse qui va être décrite ci-après. [0047] On notera que bien entendu l'étanchéité entre les différents secteurs de distributeur doit aussi être assurée et que cette dernière est obtenue au moyen de lamelles judicieusement disposées, notamment à la jonction entre chaque secteur. Cet aspect ne sera pas plus détaillé ici car bien connu de l'homme du métier ; [0048] En revenant à la figure 2 une pièce d'étanchéité est disposée sur la plateforme externe 11 en aval du distributeur maintenue notamment grâce aux pattes de fixation 6 disposées sur la surface externe 110 de la plateforme externe 11. [0049] La pièce d'étanchéité 4 est avantageusement constituée d'une pièce unique. Il s'agit par exemple d'un morceau de tôle embouti. Elle peut aussi être obtenue par fabrication additive. De manière alternative, la pièce d'étanchéité peut être obtenue par assemblage de plusieurs éléments soudés, par exemple, entre eux. Par ailleurs, la pièce est matériau métallique et de manière plus générale, résistant à l'environnement auquel on peut s'attendre à l'intérieur d'une turbomachine là où les flux de gaz circulent. [0050] La pièce d'étanchéité 4 comprend principalement deux parties, une première partie 41 annulaire et continue qui forme un arc sur toute la longueur d'arc du secteur 1 de distributeur et qui est disposée en face d'un rebord extérieur 13, 14, 15 de la plateforme 11. Sur la figure 3, il s'agit du rebord extérieur 15 aval de la plateforme externe 11. Une deuxième partie 42 discontinue est constituée d'éléments de maintien 421 en position formant ressort et disposés dans chaque logement 8 sur la plateforme externe 11. [0051] En particulier, deux éléments de maintien 421 s'étendent depuis la partie continue 41 et sont en forme de U. Ces éléments de maintien 421 sont adaptés pour maintenir en position d'étanchéité la pièce d'étanchéité 4, chaque élément de maintien 421 formant, dans chaque logement 8 un ressort et, toujours dans chaque logement, prennent appui d'une part sur le rebord 15 et d'autre part sur la patte de fixation 6. [0052] La pièce d'étanchéité 4est notamment disposée en face d'une bride 21, 22, 31 d'un élément de structure 2, 3 de la turbomachine en amont ou en aval du secteur. [0053] Depuis chaque élément de maintien 421 une boucle de fixation 422 entoure chaque patte de fixation 5, 6, 7 permet de fixer la pièce d'étanchéité 4 au secteur 1 de distributeur. [0054] La fixation est assurée au moyen de rivets 9 traversant la patte de fixation 5 et la boucle de maintien 422. A ce titre, la boucle de maintien 422 comprend un orifice 423 de même que la patte de fixation 5, 6, 7 (non visible sur les figures). On remarque que les rivets sont de longueur simplement ajustée à l'épaisseur de la patte de fixation et sont de ce fait de longueur assez courte. [0055] L'effet ressort qui garantit le maintien de la pièce d'étanchéité 4 est procuré par le fait que les dimensions de la pièce d'étanchéité 4 dans chaque logement sont plus grandes que leur logement 8. [0056] De manière plus précise, la partie continue 41 de la pièce d'étanchéité 4 comprend une lamelle annulaire inférieure 411 parallèle au rebord extérieur 15, une partie annulaire 412 intermédiaire, sensiblement en équerre, s'étendant radialement depuis la 6 partie annulaire inférieure 411, une lamelle annulaire supérieure 413 s'étendant ra- dialement et perpendiculairement depuis la partie annulaire 412 intermédiaire. [0057] La lamelle annulaire inférieure 411 est la lamelle annulaire 413 supérieure assurent l'étanchéité. En effet, la lamelle annulaire 413 supérieure est en contact avec la bride de l'élément de structure et la lamelle annulaire 411 inférieure est en contact avec le rebord à l'intérieur du logement 8. En particulier, la lamelle annulaire inférieure 411 est plaquée contre le rebord 15 grâce au fait que la partie annulaire intermédiaire 412 est élastiquement déformable dans le logement 8. [0058] De manière avantageuse, la lamelle annulaire inférieure 411 permet, si besoin, de pallier un défaut d'étanchéité au niveau de la lamelle annulaire supérieure 412. 11 y a donc ici une double étanchéité. [0059] Dc manière complémentaire, la pièce d'étanchéité 4 peut être disposée à plusieurs endroits du secteur 1 de distributeur. [0060] En particulier, comme cela est visible sur la figure 1, deux pièces d'étanchéité 4 sont disposées en amont devant la chambre de combustion 2 et sont disposées, respectivement, sur la surface externe de la plateforme externe et sur la surface externe de la plateforme interne. Également, une pièce d'étanchéité, est disposée, en aval devant un ensemble 3 à roues mobiles et est disposée sur la surface externe de la plateforme externe 11. [0061] Dc manière plus précise, des lamelles annulaires 413 supérieures de chaque pièce d'étanchéité 4 sont en contact avec des brides 21, 22 de la chambre de combustion d'une part et une bride 31 de l'ensemble 3 à roues mobiles d'autre part. [0062] La pièce d'étanchéité présente avantageusement une faible épaisseur comprise entre 0,15 mm et 0,6mm, de préférence 0,4 mm. 7 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] REVENDICATIONSEnsemble statorique de turbomachine, tel qu'un distributeur, comprenant - un secteur de stator (1), ledit secteur comprenant une plateforme (11, 12) comprenant au moins un rebord extérieur (13, 14, 15) faisant saillie de la surface externe (110, 120) de la plateforme et au moins deux pattes (5, 6, 7) de fixation en face du rebord (15), le rebord (15) et chaque patte (5, 6, 7) formant, ensemble, un logement (8), - au moins une pièce d'étanchéité (4) pour assurer une étanchéité aux fluides entre le secteur (1) de stator et un élément de structure (2, 3) ladite pièce d'étanchéité (4) comprenant une partie continue (41) en forme générale d'arc et une partie discontinue (42) constituée de deux éléments de maintien (421) en forme de U s'étendant depuis la partie continue (41), lesdits éléments de maintien (421) étant adaptés pour maintenir en position d'étanchéité ladite pièce d'étanchéité (4), chaque élément de maintien (421) formant, dans chaque logement un ressort prenant appui d'une part sur le rebord (15) et d'autre part sur la patte de fixation (5, 6, 7) en face. Ensemble statorique selon la revendication 1, dans lequel la partie continue (41) de la pièce d'étanchéité (4) comprend une lamelle annulaire inférieure (411) parallèle au rebord extérieur (13, 14, 15), une partie annulaire intermédiaire (412) élastiquement déformable et sensiblement en équerre qui s'étend radialement depuis la partie annulaire inférieure (411), une lamelle annulaire (413) supérieure s'étendant radialement depuis la partie annulaire intermédiaire (412) et est disposée dans le même plan que la partie annulaire inférieure (411). Ensemble statorique selon la revendication 2, dans lequel en position d'étanchéité la pièce d'étanchéité (4) est contrainte par les pattes de fixation et le rebord extérieure (13, 14, 15) pour maintenir en permanence la lamelle annulaire supérieure (413) selon une position axiale en contact avec un élément de structure (2, 3) disposé en face de manière à assurer une étanchéité aux fluides entre ledit ensemble statorique et l'élément de structure (2, 3). Ensemble statorique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une partie en forme de boucle (414) autour de chaque patte de fixation (5, 6, 7) s'étend depuis chaque élément de maintien (421) formant ressort et présente alors cieux parois parallèles plaquées autour 8 [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] de chaque patte (5, 6, 7). Ensemble statorique selon la revendication 4, comprenant des moyens (9) de fixation à chaque patte de la pièce d'étanchéité par fixation de la boucle formée autour de chaque patte de fixation. Ensemble statorique selon la revendication 5, dans lequel les moyens (9) de fixation sont des rivets. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, le secteur de stator (1) comprend un premier rebord extérieur et un deuxième rebord extérieur disposé axialement en face du premier rebord extérieur, au moins deux pattes de fixation étant disposées en face de chaque rebord, l'ensemble comprenant une première pièce d'étanchéité (4) disposée en face du premier rebord et maintenue dans les pattes en face du premier rebord et une deuxième pièce d'étanchéité (4) maintenue dans les pattes en face du deuxième rebord. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, le secteur de stator (1) comprend deux rebords extérieurs disposés l'un face en de l'autre de manière radiale, au moins deux pattes de fixation étant disposées en face de chaque rebord, l'ensemble comprenant deux pièces d'étanchéité (4), chacune disposée en face de chacun desdites rebords et maintenues dans les pattes respectives en face du rebord respectif. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pièce d'étanchéité (4) a été obtenue par emboutissage ou par un procédé de fabrication additive. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit ensemble est un distributeur haute pression et l'élément de structure est une bride d'une chambre de combustion (2) et/ou une bride d'un ensemble à roues mobiles (3). Aéronef comprenant une turbomachine comprenant un ensemble selon l'une des revendications précédentes.