Brevet FR3095232A1 — publié le 20201023

Description Titre de l'invention : ENSEMBLE POUR UNE TURBINE DE TURBOMACHINE Domaine technique de l'invention [0001] L'invention concerne un ensemble pour une turbine de turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Etat de la technique antérieure [0002] Une turbine, par exemple une turbine haute pression ou une turbine basse-pression comporte classiquement un carter annulaire s'étendant autour d'un axe et un ou plusieurs étages de turbine. Chaque étage de turbine comporte classiquement un distributeur et une roue d'aubes mobiles. [0003] Le distributeur de turbine comprend deux plates-formes annulaires coaxiales entre lesquelles s'étendent des pales sensiblement radiales comportant des cavités internes d'écoulement d'air de ventilation. Cet air est prélevé en amont sur le compresseur de la turbomachine et est amené par des conduits jusqu'à une enceinte de distribution d'air formée dans un carter s'étendant autour du distributeur. [0004] Un système de ventilation est monté dans la cavité interne de chaque pale du dis- tributeur. Le système de ventilation comprend une chemise tubulaire perforée qui est engagée dans la cavité à travers une ouverture radiale de la plate-forme externe du distributeur et qui est fermée à son extrémité radialement externe par une plaquette rapportée sur la plate-forme externe. Une douille de passage d'air est fixée sur la plate-forme externe du distributeur, à côté de la plaquette de fermeture, et délimite une entrée d'air dans la chemise [0005] Des tubes cylindriques de liaison ou de raccordement sensiblement radiaux sont montés dans l'enceinte du carter et leurs extrémités radialement internes sont engagées dans les douilles précitées pour relier l'enceinte aux chemises montées dans les cavités internes des pales du distributeur. L'épaisseur de la partie radialement externe de chaque tube de liaison est sensiblement constante sur toute la longueur. Une partie du débit d'air de ventilation traverse les perforations des chemises et impacte les parois internes des pales pour leur refroidissement. Cet air est ensuite évacué dans la veine de la turbine à travers des orifices formés dans les bords de fuite des pales. Une autre partie du débit d'air de ventilation sort des chemises et des cavités aux extrémités radialement internes des pales puis est acheminée vers des éléments de rotor de la turbomachine en vue de leur refroidissement. [0006] Dans la technique actuelle, les plaquettes de fermeture et les douilles des systèmes de ventilation des pales sont rapportées et fixées par brasage sur la plate-forme externe du 2 distributeur. Des logements spécifiques sont aménagés sur cette plate-forme pour recevoir et fixer, indépendamment les unes des autres, les extrémités radialement externes des chemises, les douilles et les plaquettes. [0007] L'utilisation d'une douille et d'un tube de liaison pour chaque pale creuse du dis- tributeur augmente la masse et le nombre de pièces du distributeur ainsi que la complexité de montage et de fabrication dc ce distributeur. Présentation de l'invention [0008] L'invention vise à remédier à cet inconvénient de manière simple, fiable et peu onéreuse. [0009] A cet effet, l'invention concerne un ensemble pour une turbine de turbomachine comportant un carter délimitant une enceinte de distribution d'air de refroidissement, au moins un distributeur monté sur le carter et comportant au moins une pale creuse, ladite pale comportant une cavité interne dans laquelle est montée une chemise perforée, caractérisé en ce qu'il comporte un tube de liaison, le tube de liaison comportant une partie radialement externe reliée à une sortie d'air de l'enceinte de distribution d'air de refroidissement du carter, et une partie radialement interne reliée à une entrée d'air de la chambre perforée, la partie radialement interne du tube de liaison présentant une épaisseur plus importante que la partie radialemcnt externe du tube de liaison. [0010] Les termes radial, axial et circonférenticl sont définis par rapport à Faxe de la tur- bomachine. [0011] L'épaisseur du tube de liaison est définie comme étant la dimension de la paroi du tube de liaison dans une direction perpendiculaire à un axe d'extension du tube de liaison. [0012] La partie radialement interne de plus grande épaisseur du tube de liaison est apte à réaliser la fonction de liaison avec la chemise performée, en lieu et place de la douille de l'art antérieur. Il est ainsi possible de supprimer la nécessité d'utiliser une douille supplémentaire, de façon à réduire la masse, le coût et la complexité de montage et de fabrication d'un tel ensemble. [0013] Le tube de liaison peut être réalisé par fabrication additive, par exemple par fusion ou frittage sélectif de poudres métalliques, notamment à l'aide d'un laser ou d'un faisceau d'électrons. [0014] L'épaisseur moyenne de la partie radialement interne du tube de liaison est au moins égale à deux fois l'épaisseur moyenne de la partie radialement externe du tube de liaison. [0015] De préférence, l'épaisseur de la partie radialement externe est sensiblement constante, c'est-à-dire que la variation d'épaisseur de ladite partie est inférieure à 50%, 3 de préférence inférieure à 25%. [0016] L'épaisseur dc la partie radialement interne est par exemple comprise entre 2 et 5 fois l'épaisseur de la partie radialement externe. [0017] L'épaisseur dc la partie radialement interne est par exemple comprise entre 1 et 3,8 mm. [0018] L'épaisseur dc la partie radialement externe est par exemple comprise entre 0,5 et 1 mm. [0019] Le diamètre externe maximal de la partie radialement interne est supérieur au diamètre externe maximal de la partie radialement externe. [0020] Le diamètre externe maximal d'une partie est défini comme le plus grand diamètre de l'une au moins des zones de la partie concernée, chaque partie pouvant comporter plusieurs zones adjacentes de formes et/ou dc dimensions différentes, par exemple des zones coniques, des zones arrondies dc révolution, des zones cylindriques, des congés ou des chanfreins. [0021] La partie radialement interne du tube de liaison peut comporter une zone cylindrique engagée à étanchéité dans l'ouverture d'entrée d'air de la chemise perforée. [0022] La partie radialement interne du tube de liaison peut être fixée par soudage ou brasage au distributeur. [0023] La partie radialement externe du tube de liaison peut être monté par ajustement serré sur le carter ou sur un élément intermédiaire fixé au carter. [0024] Un tel ajustement permet des mouvements de faible amplitude afin d'absorber notamment les vibrations du moteur. [0025] La partie radialement interne du tube de liaison peut comporter, radialement de l'extérieur vers l'intérieur, une zone conique s'évasant radialement vers l'extérieur, ladite zone cylindrique et un chanfrein. [0026] La partie radialement externe du tube de liaison peut comporter, radialement de l'extérieur vers l'intérieur, une première zone annulaire en forme générale de portion de sphère, une zone globalement cylindrique, et une seconde zone annulaire en forme générale de portion de sphère, la zone cylindrique présentant un diamètre inférieur au diamètre maximal des zones en forme de portion de sphère. [0027] Les première et seconde zones en forme générale de portion de sphère peuvent être orientées de façon opposée l'une par rapport à l'autre. [0028] La zone cylindrique de la partie radialement externe du tube de liaison peut comporter une surface intérieure cylindrique et une surface extérieure présentant deux bourrelets annulaires décalés l'un de l'autre dans la direction dudit tube de liaison. [0029] Le distributeur peut être annulaire et peut comporter une pluralité d'aubes creuses ré- gulièrement réparties sur la circonférence. [0030] Le distributeur peut être sectorisé. 100311 Le tube de liaison peut être réalisé par fabrication additive. [0032] L'invention concerne également une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble du type précité. Brève description des figures [0033] [fig.11 est une vue en coupe d'une partie d'un ensemble de turbine de l'art antérieur, [0034] [fig.21 est une vue en perspective du tube de liaison et de la douille de l'ensemble de l'art antérieur, [0035] [fig.11 est une vue en perspective d'un tube de liaison d'un ensemble selon une forme de réalisation de l'invention, [0036] [fig.41 est une vue en coupe du tube de liaison de la figure 3. Description détaillée de l'invention [0037] La figure 1 représente un ensemble 1 pour une turbine d'une turbomachine, conformément à l'art antérieur, en particulier pour une turbine basse pression. Ledit ensemble 1 comporte un distributeur 2 comprenant des plates-formes annulaires 3, 4 coaxiales, respectivement interne 3 et externe 4, qui délimitent entre elles la veine annulaire 5 d'écoulement des gaz dans la turbine et entre lesquelles s'étendent radialement des pales 6 régulièrement réparties sur la circonférence. [0038] Les termes axial, radial et ch-conférentiel sont définis par rapport à l'axe de la tur- bomachine, qui est confondu avec l'axe du distributeur ou de la turbine. [0039] La plate-forme radialement externe 4 du distributeur 2, comprend des rebords an- nulaires radialement externes amont 7 et aval 8 comportant des pattes annulaires axiales 9 orientées vers l'amont et destinées à être engagées dans des gorges annulaires axiales correspondantes 10 d'un carter 11 de la turbine. 100401 Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens du Ilux de gaz dans la tur- bomachine, c'est-à-dire de gauche à droite à la figure 1. 100411 Les pales 6 du distributeur 2 comprennent des cavités internes 12 dans chacune desquelles est montée une chemise tubulaire perforée 13 de circulation d'air de ventilation provenant d'une enceinte de distribution d'air 14 du carter 11 (comme représenté par les flèches 15), radialement externe à la plate-forme externe 4 du distributeur 2. Cet air passe en partie à travers des orifices 16 de la chemise 13, impacte la paroi interne de la pale 6 pour son refroidissement, puis est évacué dans la veine 5 d'écoulement des gaz de la turbine par des orifices 17 formés à proximité des bords de fuite des pales 6 et débouchant dans leurs cavités internes 12 (flèches 18). L'autre partie de Fair est évacuée dans une enceinte 19 radialement interne à la plate-forme interne 3 du distributeur 2 (flèches 20). L'air de ventilation est prélevé en amont sur un compresseur de la turbomachine et amené dans l'enceinte de distribution 14 par des conduits non représentés. [0042] Chaque chemise 13 est montée dans la cavité interne 12 d'une pale 6 à travers une ouverture radiale formée dans la plate-forme externe 4 du distributeur 2, située entre les rebords annulaires externes 7, 8 et débouchant dans la cavité 12. [0043] Les chemises 13 sont reliées aux enceintes radialement externe 14 et interne 19 par des tubes de liaison 21, 22, respectivement. Chaque tube de liaison 21, destiné au passage de l'air entre l'enceinte radialement externe 14 et la chemise 13 correspondante, a une extrémité radialement interne engagée à étanchéité dans une douille 23. La douille 23 est fixée dans un logement formé dans un bossage de la plate-forme externe 4. Le bossage entoure l'ouverture précitée de la plate-forme 4, ladite ouverture permettant le montage de la chemise 13 dans la pale 6 du distributeur 2. [0044] L'autre extrémité de chaque tube de liaison 21 est engagée à étanchéité dans une douille 24 portée par le carter 11 de la turbine. [0045] Une plaquette de fermeture 25 est rapportée sur la plate-forme externe 4 du dis- tributeur 2, dans un autre logement du bossage, pour fermer de manière hermétique la cavité 12 de la pale 6. [0046] Chaque chemise 13 constitue avec la douille 23 et la plaquette 25 qui lui sont associées un système de ventilation d'une pale 6 de distributeur 2 de turbine. Dans la technique actuelle représentée aux figures 1 à 4, la chemise, la douille et la plaquette 25 de chaque système de ventilation sont fixées sur la plate-forme externe 4 du distributeur 2 indépendamment les unes des autres. [0047] La structure d'un tube de liaison 21 et d'une douille 23 de l'art antérieur est mieux visible à la figure 2. [0048] L'utilisation d'une douille 23 et d'un tube de liaison 21 pour chaque pale 6 creuse du distributeur 2 augmente la masse et le nombre de pièces du distributeur 2 ainsi que la complexité de montage et de fabrication de ce distributeur 2. [0049] Afin de répondre à ces inconvénients, l'invention propose de remplacer les douilles 21 et les tubes de liaison 23 existants par des tubes de liaison 21 intégrant la géométrie de la douille 23. Les fonctions de la douille 23 et du tube de liaison 21 de l'art antérieur sont ainsi regroupées au sein d'une seule et même pièce, à savoir un unique tube de liaison 21, illustré aux figures 3 et 4, permettant de relier chaque enceinte radialement externe 14 à la chemise perforée 13 correspondante. Les autres éléments de l'ensemble 1 de turbine ne sont pas modifiés. [0050] Le tube de liaison 21 peut être réalisé par fabrication additive, notamment par fusion ou frittage sélectif de poudres métalliques, notamment à l'aide d'un laser ou d'un faisceau d'électrons. [0051] Le tube de liaison 21 comporte une partie radialement externe 26 reliée, comme pré- cédemment, à la sortie d'air de l'enceinte 14 de distribution d'air de refroidissement du carter 11, et une partie radialement interne 27 reliée, comme précédemment, à 6 l'ouverture d'entrée d'air de la chambre perforée 13. [0052] La partie radialement interne 27 du tube de liaison 21 comporte, radialement de l'extérieur vers l'intérieur, une zone conique 27a s'évasant radialement vers l'extérieur, une zone cylindrique 27b et un chanfrein 27c. [0053] La partie radialement externe 26 du tube de liaison 21 peut comporter, radialement de l'extérieur vers l'intérieur, une première zone annulaire 26a en forme générale de portion de sphère, une zone globalement cylindrique 26b, et une seconde zone annulaire 26c en forme générale de portion de sphère, la zone cylindrique 26b présentant un diamètre inférieur au diamètre maximal des zones en forme de portion de sphère 26a, 26c. [0054] Les première et seconde zones 26a, 26c en forme générale de portion de sphère sont orientées de façon opposée l'une par rapport à l'autre. [0055] La zone cylindrique 26b de la partie radialement externe 26 du tube de liaison 21 comporte une surface intérieure cylindrique et une surface extérieure présentant deux bourrelets annulaires 26d décalés l'un de l'autre selon l'axe dudit tube de liaison 21. [0056] La partie radialement interne 27 du tube de liaison 21 présentant une épaisseur cl plus importante que la partie radialement externe 26 du tube de liaison 21. [0057] La partie radialement interne 27, en particulier la zone cylindrique 27b, est apte à réaliser la liaison avec la chemise performée 13, en lieu et place de la douille 23 de l'art antérieur. [0058] L'épaisseur moyenne de la partie radialement interne 27 du tube de liaison 21 est au moins égale à deux fois l'épaisseur moyenne de la partie radialement externe 26 du tube de liaison 21. [0059] L'épaisseur el de la partie radialement externe 26 est sensiblement constante, c'est-à-dire que la variation d'épaisseur de cette partie 26 est inférieure à 50%, de préférence inférieure à 25%. [0060] Le diamètre interne est sensiblement constant au niveau de la liaison entre les zones 27a et 27b ce qui permet de limiter la perturbation du flux d'air et d'améliorer ainsi le refroidissement. [0061] La surface interne de la partie radialement interne 27 peut comporter au moins deux zones, ici les zones 27a et 27b, présentant des diamètres dl, (12 différents, séparées par une zone d'épaulement. [0062] L'épaisseur e2 de la partie radialement interne 27 est par exemple comprise entre 2 et 5 fois l'épaisseur de la partie radialement externe 26. [0063] L'épaisseur e2 de la partie radialement interne 27 est par exemple comprise entre 1 et 3,8 mm [0064] L'épaisseur de la partie radialement externe 26 est par exemple comprise entre 0,5 et 1 mm 7 [0065] Par ailleurs, le diamètre externe maximal Dl de la partie radialement interne 27 est supérieur au diamètre externe maximal D2 de la partie radialement externe 26. [0066] La zone cylindrique 27b de la partie radialement interne 27 du tube de liaison 21 peut être fixée par soudage ou brasage au distributeur 2. [0067] La partie radialement externe 26 du tube de liaison 21 peut être monté par ajustement serré sur le carter 11 ou sur un élément intermédiaire, ici la douille 24, fixé au carter 11. [0068] Un tel tube de liaison 21 permet de se dispenser d'une douille 23 supplémentaire, de façon à réduire la masse, le coût et la complexité de montage et de fabrication d'un tel ensemble 1. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Ensemble (1) pour une turbine dc turbomachine comportant un carter (11) délimitant une enceinte (14) dc distribution d'air de refroidissement, au moins un distributeur (2) monté surie carter (11) et comportant au moins une pale (6) creuse, ladite pale (6) comportant une cavité (12) interne dans laquelle est montée une chemise (13) perforée, caractérisé en ce qu'il comporte un tube dc liaison (21), le tube de liaison (21) comportant une partie radialemcnt externe (26) reliée à une sortie d'air de l'enceinte (14) dc distribution d'air de refroidissement du carter (11), et une partie radialement interne (27) reliée à une entrée d'air de la chemise perforée (13), la partie radialement interne (27) du tube de liaison (21) présentant une épaisseur plus importante que la partie radialement externe (26) du tube de liaison (21). [Revendication 2] Ensemble (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur moyenne de la partie radialement interne (27) du tube de liaison (21) est au moins égale à deux fois l'épaisseur moyenne de la partie radialement externe (26) du tube de liaison (21). [Revendication 3] Ensemble (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre externe maximal (Dl) de la partie radialement interne (27) est supérieur au diamètre externe maximal (D2) de la partie radialement externe (26). [Revendication 4] Ensemble (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie radialement interne (27) du tube de liaison (21) comporte une zone cylindrique (27b) engagée à étanchéité dans l'ouverture d'entrée d'air de la chemise perforée (13). [Revendication 5] Ensemble (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie ra- dialement interne (27) du tube de liaison (21) comporte, radialement de l'extérieur vers l'intérieur, une zone conique (27a) s'évasant radialement vers l'extérieur, ladite zone cylindrique (27b) et un chanfrein (27c). [Revendication 6] Ensemble (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie radialement externe (26) du tube de liaison (21) comporte, radialement de l'extérieur vers l'intérieur, une première zone annulaire (26a) en forme générale de portion de sphère, une zone globalement cylindrique (26b), et une seconde zone annulaire (26c) en forme générale de portion de sphère, la zone cylindrique (26b) présentant un diamètre inférieur au diamètre maximal des zones (26a, 26c) en forme de portion de sphère. 9 [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] Ensemble (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les première et seconde zones (26a, 26c) en forme générale de portion de sphère sont orientées de façon opposée l'une par rapport à l'autre. Ensemble (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la zone cylindrique (26b) de la partie radialement externe (26) du tube de liaison (21) comporte une surface intérieure cylindrique et une surface extérieure présentant deux bourrelets annulaires (26d) décalés l'un de l'autre suivant l'axe dudit tube de liaison (21). Ensemble (1) selon rune des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le distributeur (2) est annulaire et comporte une pluralité d'aubes creuses (6) régulièrement réparties sur la circonférence. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble (1) selon l'une des revendications 1 à 9.