Brevet FR3087825A1 — publié le 20200501

SECTEUR D'ANNEAU DE TURBINE A LANGUETTES D'ETANCHEITE REFROIDIES 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des turbomachines et notamment des turbomachines pour aéronef. Elle concerne en particulier un secteur d'anneau en matériau composite à matrice céramique d'un organe de turbomachine, tel qu'une turbine, équipé de moyens de refroidissement. 2. Etat de la technique Une turbine de turbomachine d'axe longitudinal X comprend un ou plusieurs étages comprenant chacun un stator et un rotor monté en aval du stator. Les étages sont disposés successivement suivant l'axe longitudinal. Le stator est formé d'une roue fixe à aubes fixes connue sous le terme de distributeur et le rotor est formé d'une roue mobile à aubes mobiles. La roue mobile est montée en rotation à l'intérieur d'un anneau de turbine centré sur l'axe longitudinal et qui est solidaire du carter. La roue mobile comprend en particulier un disque sur lequel est montée une pluralité d'aubes mobiles réparties circonférentiellement et régulièrement sur la périphérie du disque. L'anneau est formé d'une pluralité de secteurs d'anneaux qui sont réalisés dans un matériau composite à matrice céramique (CMC). 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. En effet, la contrainte majeure des turbomachines est la tenue aux températures élevées. Ainsi, les secteurs d'anneau des turbines en matériaux CMC augmentent la capacité de résistance aux températures élevées ce qui améliore le rendement global de la turbomachine. De plus, les matériaux CMC ont une masse volumique inférieure à celles des matériaux réfractaires traditionnellement utilisés. Chaque secteur d'anneau en CMC comprend une base avec une face radialement interne et une face radialement externe qui sont opposées. Le secteur d'anneau comprend une patte d'accrochage amont et une patte d'accrochage aval qui s'étendent 3 0 depuis la face radialement externe. Ces pattes d'accrochage amont et patte d'accrochage aval sont destinées à être fixées sur une structure de support d'anneau. L'utilisation de secteurs d'anneau en CMC permet de réduire significativement la ventilation nécessaire au refroidissement de l'anneau de turbine. Toutefois, l'étanchéité entre la veine d'écoulement gazeux du côté intérieur et du côté extérieur des secteurs 35 d'anneau demeure un problème. Afin d'améliorer l'étanchéité entre les secteurs d'anneau, ceux-ci comprennent des moyens d'étanchéité. La base comprend une première rainure et une deuxième rainure qui sont formées dans une face latérale inter-secteur et qui 2 s'étendent suivant l'axe longitudinal. Une première et une deuxième languettes longitudinales sont respectivement logées dans la première et la deuxième rainures, la deuxième languette étant agencée radialement à l'extérieur de la première languette. Ces languettes présentent des dimensions sensiblement identiques à celles des rainures de 5 manière à éviter les fuites. Cependant, l'étanchéité est telle que, et notamment celle réalisée par la deuxième languette, qu'une importante perte de charge est susceptible de se produire. La pression peut augmenter en partie radialement externe de la deuxième languette et atteindre 10 à 15 bars alors que la pression en partie radialement interne de la deuxième languette peut être moins élevée. Par ailleurs, le flux primaire peut remonter 10 entre les différents secteurs d'anneau, à l'endroit des faces latérales inter-secteurs, ce qui augmente la température des secteurs d'anneau et notamment des première et deuxième languettes qui, étant réalisées dans un matériau métallique, sont plus sensibles aux températures élevées. La résistance aux températures élevées des secteurs anneaux est encore limitée par la présence de ces languettes métalliques. 15 3. Objectif de l'invention La présente invention a notamment pour objectif de fournir une solution simple et efficace permettant de limiter une élévation en température d'un secteur d'anneau. 4. Exposé de l'invention On parvient à cet objectif conformément à l'invention grâce à un secteur d'anneau 20 de turbine en matériau composite à matrice céramique destiné à s'étendre autour d'un axe longitudinal, le secteur d'anneau comprenant une base avec une face radialement interne, une face radialement externe à partir de laquelle s'étendent une patte d'accrochage amont et une patte d'accrochage aval à une structure de support d'anneau, et au moins une face latérale inter-secteur destinée à être montée en regard d'une face 25 latérale d'un secteur d'anneau circonférentiellement adjacent, la base comprenant en outre une première rainure et une deuxième rainure formées chacune dans la face latérale inter-secteur, s'étendant suivant l'axe longitudinal X et, une première et une deuxième languettes d'étanchéité longitudinales qui reposent chacune sur une paroi radialement interne respective de ces première et deuxième rainures, la deuxième rainure étant agencée radialement à l'extérieur de la première rainure, la première languette présentant une forme générale en oméga et le secteur présentant un premier jeu qui est défini radialement entre une partie centrale de la première languette et la paroi radialement interne de la première rainure et un deuxième jeu qui est défini radialement entre la partie centrale de la première languette et une paroi radialement externe de la première rainure, les parois radialement interne et externe étant opposées suivant un axe radial Z perpendiculaire à l'axe longitudinal X. 3 Ainsi, cette solution permet d'atteindre l'objectif susmentionné. En particulier, une telle configuration permet d'améliorer la circulation d'air autour des languettes et notamment autour d'au moins une partie de la première languette de manière à refroidir le secteur d'anneau. La température de la première languette sera réduite ainsi que les 5 températures de la partie radialement intérieure de la face latérale destinée à former une interface inter-secteur de secteurs d'anneau adjacents. Le secteur d'anneau peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison les unes des autres : la paroi radialement interne de la première rainure comprend un ressaut amont et 10 un ressaut aval coopérant avec la première languette, et les ressauts amont et aval étant respectivement disposés en amont et en aval de la partie centrale de la première languette, les ressauts formant des extrémités axiales d'une marche qui s'étend radialement en saillie de la paroi radialement interne de la première rainure, 15 la première languette de forme générale en oméga comprend la partie centrale, et une première branche latérale et une deuxième branche latérale qui s'étendent respectivement en amont et en aval de la partie centrale, les première et deuxième branches latérales étant chacune en contact avec une extrémité axiale de la marche formée par les ressauts, 2 0 le premier jeu et le deuxième jeu sont égaux, la première rainure comprend une portion centrale qui est décalée radialement vers l'extérieur par rapport à deux portions d'extrémité de la première rainure, la première languette présente un profil sensiblement complémentaire à celui de la première rainure, la première languette d'étanchéité comprenant une partie 25 centrale s'étendant à égale distance des parois radialement interne et externe de la paroi périphérique d'une portion centrale de la première rainure, les parois radialement interne et externe étant opposées suivant un axe radial perpendiculaire à l'axe longitudinal, la portion centrale de la première rainure s'étend entre les ressauts amont et aval, 3 0 la valeur du premier jeu et/ou du deuxième jeu est comprise entre 0.1 et 1 mm, la base comprend une rainure amont s'étendant sensiblement suivant un axe radial Z et débouchant dans un premier côté de la deuxième rainure, une languette d'étanchéité amont étant logée dans la rainure amont, la base comprend une rainure aval s'étendant sensiblement suivant l'axe radial Z 35 et débouchant dans la première rainure, une languette d'étanchéité aval étant logée dans la rainure aval, 4 la deuxième rainure comprend un deuxième côté qui est agencé à distance de la rainure aval, la distance suivant l'axe longitudinal entre le deuxième côté de la deuxième rainure et la rainure aval est comprise entre 0.1 et 5 mm, 5 la deuxième rainure présente un deuxième côté qui débouche dans la rainure aval, le secteur d'anneau comprend un premier élément d'étanchéité coudé logé à la fois dans la rainure amont et dans la deuxième rainure et un deuxième élément d'étanchéité coudé logé à la fois dans la première rainure et dans la rainure aval, le secteur d'anneau comprend un troisième élément d'étanchéité coudé logé à la 10 fois dans la deuxième rainure et dans la rainure aval, la deuxième languette est logée avec un espace entre celle-ci et une paroi périphérique de la deuxième rainure, les languettes d'étanchéité sont chacune réalisées dans un matériau métallique ou un alliage de matériau métallique à base de nickel, cobalt, ou tungstène ou un 15 matériau CMC, chaque languette d'étanchéité présente une épaisseur comprise entre 0.1 et 1 mm, chaque élément d'étanchéité coudé présente une épaisseur comprise entre 0.1 et 1 mm. 20 L'invention concerne également un ensemble d'anneau de turbine comprenant une pluralité de secteurs d'anneau présentant l'une quelconque des caractéristiques susmentionnées, agencés circonférentiellement de manière à former un anneau de turbine et une structure de support d'anneau sur laquelle sont montés les secteurs d'anneau. 25 L'invention concerne également une turbomachine comprenant un ensemble d'anneau de turbine tel que susmentionné. 5. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative 30 détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : La figure 1 représente schématiquement en coupe axiale et partielle, un exemple de turbomachine double flux à laquelle s'applique l'invention ; 35 La figure 2 est une vue partielle en perspective et en coupe radiale d'un anneau de turbine comportant plusieurs secteurs d'anneau comportant des rainures et des languettes d'étanchéité logées dans ces rainures selon l'invention ; 5 La figure 3 illustre en perspective et suivant une coupe radiale partielle un autre mode de réalisation d'un secteur d'anneau muni de languettes d'étanchéité dans des rainures selon l'invention ; et La figure 4 est une vue de face d'un exemple de secteur d'anneau avec une base 5 dans laquelle sont formées des rainures logeant chacune une languette d'étanchéité selon l'invention. 6. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre une vue en coupe axiale et partielle d'une turbomachine d'axe longitudinal X, en particulier une turbomachine 50 double flux à laquelle s'applique 10 l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce type de turbomachine. Cette turbomachine 50 à double flux comprend de manière générale, d'amont en aval, un ensemble de compresseur de gaz 51, une chambre de combustion 52 et un ensemble de turbine 53. Dans la présente invention, et de manière générale, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation des gaz dans la 15 turbomachine, et ici suivant l'axe longitudinal X. Une soufflante 54 est agencée en amont de l'ensemble de compresseur de manière à générer un flux primaire et un flux secondaire. Le flux primaire traverse l'ensemble de compresseur, la chambre de combustion et l'ensemble de turbine. Ce dernier comprend dans le présent exemple une turbine basse pression et une turbine haute pression. 20 En référence à la figure 2, la turbine, et notamment, la turbine haute pression, comprend au moins un anneau de turbine 1 qui s'étend autour d'un axe longitudinal, l'anneau de turbine 1 étant réalisé dans un matériau composite à matrice céramique (CMC). L'anneau de turbine 1 entoure une roue mobile (non représentée) de turbine, laquelle comprend un disque centré sur l'axe longitudinal et une pluralité d'aubes mobiles 25 s'étendant radialement depuis la périphérie du disque. L'extrémité libre de chaque aube mobile est disposée en regard de l'anneau de turbine 1. Dans la présente invention, les termes « radial », « radialement », « intérieur », « extérieur », « interne » et « externe » sont définis par rapport à un axe radial Z qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal X. 30 Selon d'autres modes de réalisation, l'anneau de turbine pourrait former une plateforme radialement interne ou externe d'un distributeur comprenant des pales ou aubes fixes qui s'étendent radialement entre une plateforme radialement interne et une plateforme radialement externe, les plateformes étant destinées à délimiter un canal d'écoulement des gaz dans la turbomachine. 35 L'anneau de turbine 1 est formé d'une pluralité de secteurs d'anneau 2. Les secteurs d'anneau 2 sont chacun montés de manière circonférentiellement adjacente les 6 uns par rapport aux autres autour de l'axe longitudinal X. La figure 2 est une vue en coupe radiale selon un plan passant entre deux secteurs d'anneaux contigus. Chaque secteur d'anneau 2 a une section radiale sensiblement en forme de Pi (Tr) inversé. Chaque secteur d'anneau comprend une base 3 et des pattes 4, 5 radiales qui 5 s'étendent radialement en saillie vers l'extérieur de la base 3. La base 3 comprend une face radialement interne 6 et une face radialement externe 7 opposées suivant l'axe radial Z. La face radialement interne 6 définit la face interne de l'anneau de turbine et délimite une veine d'écoulement (veine primaire) du flux primaire circulant dans la turbomachine. La face radialement interne 6 peut comprendre une couche de matériau abradable et/ou 10 une barrière thermique destinée à coopérer avec étanchéité, par exemple, avec des léchettes aux extrémités libres des aubes mobiles. Les pattes sont précisément une patte amont 4 et une patte aval 5 qui s'étendent depuis la face radialement externe 7. Les pattes amont et aval 4, 5 sont destinées à être fixées sur une structure de support d'anneau (non représentée) qui est solidaire d'un carter de turbine. La structure 15 de support d'anneau comprend par exemple à cet effet une bride radiale amont annulaire et une bride radiale aval annulaire. Les pattes amont et aval 4, 5 comprennent chacune des orifices 8 traversant leurs parois de part et d'autre suivant l'axe longitudinal (cf. figure 3). Les brides radiale amont et aval comprennent chacune également un orifice traversant leurs parois de part et d'autre suivant l'axe longitudinal. Des moyens de fixation sont 2 0 engagés à la fois dans la patte amont et la bride amont et à la fois dans la patte aval et la bride aval pour maintenir le secteur d'anneau sur la structure de support d'anneau. Les orifices des brides et des pattes sont alignés lors du montage des secteurs d'anneau sur la structure de support. Les moyens de fixation peuvent être des pions ou des vis. Les pattes amont et aval de chaque secteur sont montées en précontrainte entre les brides 25 amont et aval de manière à ce que les brides exercent, au moins à c REVENDICATIONS1. Secteur d'anneau (2) de turbine en matériau composite à matrice céramique destiné à s'étendre autour d'un axe longitudinal X, le secteur d'anneau (2) comprenant une base (3) avec une face radialement interne (6), une face radialement externe (7) à partir de laquelle s'étendent une patte d'accrochage amont (4) et une patte d'accrochage aval (5) à une structure de support d'anneau, 10 et au moins une face latérale (9) inter-secteur destinée à être montée en regard d'une face latérale d'un secteur d'anneau circontérentiellernent adjacent, la base (3) comprenant en outre une première rainure (10) et une deuxième rainure (16) formées chacune dans la face latérale (9) inter-secteur, s'étendant suivant l'axe longitudinal X et, une première et une deuxième languettes (14, 17) d'étanchéité 15 longitudinales qui reposent chacune sur une paroi radialement interne (15a) respective de ces première et deuxième rainures (10, 16), la deuxième rainure (16) étant agencée radialement à l'extérieur de la première rainure (10), caractérisé en ce que la première languette (14) présente une forme générale en oméga et en ce que le secteur d'anneau présente un premier jeu (J1) qui est défini 20 radialement entre une partie centrale (14a) de la première languette (14) et la paroi radialement interne (15a) de la première rainure (10) et un deuxième jeu (J2) qui est défini radialement entre la partie centrale (14a) de la première languette (14) et une paroi radialement externe (15b) de la première rainure (10), les parois radialement interne et externe (15a, 15b) étant opposées suivant un axe radial Z perpendiculaire à l'axe longitudinal X. 2. Secteur d'anneau (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la paroi radialement interne (15a) de la première rainure (10) comprend un ressaut amont (19a) et un ressaut aval (19b) coopérant avec la première languette (14) et 30 les ressauts amont et aval (19a, 19b) étant respectivement disposés en amont et en aval de la partie centrale (14a) de la première languette (14), les ressauts formant des extrémités axiales d'une marche qui s'étend radialement en saillie de la paroi radialement interne (15a) de la première rainure (10). 35 3. Secteur d'anneau (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première languette de forme générale en oméga comprend la partie centrale (14e), et une première branche (14b) latérale et une deuxième branche (14c) latérale qui s'étendent respectivement en amont et en aval de la partie centrale (14a), les première et deuxième branches (14a, 14b) latérales étant chacune en contact avec une extrémité axiale de la marche formée par les ressauts. 4. Secteur d'anneau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier jeu (Ji ) et le deuxième jeu (J2) sont égaux. 5. Secteur d'anneau (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur du premier jeu (il ) et/ou du deuxième jeu (J2) est 10 comprise entre 0.1 et 1 mm. 6. Secteur d'anneau (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la base (3) comprend - une rainure amont (20) s'étendant sensiblement suivant l'axe radial Z et débouchant dans un premier côté (16a) de la deuxième rainure (16), une languette d'étanchéité amont (22) étant logée dans la rainure amont (20), et - une rainure aval (21) s'étendant sensiblement suivant l'axe radial Z et débouchant dans la première rainure (10), une languette d'étanchéité aval (23) étant logée dans la rainure aval (21). 20 7. Secteur d'anneau (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième rainure (16) comprend un deuxième côté (10b) qui est agencé à distance de la rainure aval (21). 8. Secteur d'anneau (2) selon la. revendication précédente, caractérisé en ce que la distance suivant l'axe longitudinal entre le deuxième côté (16b) de la deuxième rainure (16) et la rainure aval (21) est comprise entre 0.1 et 5 mm. 9. Secteur d'anneau (2) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la deuxième 30 rainure (16) présente un deuxième côté (16b) qui débouche dans la rainure aval (21). 10. Secteur d'anneau (2) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément d'étanchéité coudé (24) logé à la fois 35 dans la rainure amont (20) et dans la deuxième rainure (16) et un deuxième élément d'étanchéité. coudé (26) logé à la fois dans la première rainure (10) et dans la rainure aval (21). 14 Secteur d'anneau (2) selon la revendication 8, caractérise en ce qu'il comprend un troisième élément d'étanchéité coudé (25) logé à la fois dans la deuxième rainure (16) et dans la rainure aval (21), 12. Ensemble d'anneau de turbine comprenant une pluralité de secteurs d'anneau (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes agencés circonférentiellement de manière à former un anneau de turbine (1) et une structure de support d'anneau sur laquelle sont montés les secteurs d'anneau (2).