Brevet FR3092867A1 — publié le 20200821

Description Titre de l'invention : PARTIE DE TURBOMACHINE POUR AERONEF A LANGUETTES D'ETANCHEITE Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne le domaine des turbomachines pour aéronef et vise une partie de turbomachine, tel en particulier un distributeur de turbine, et particulièrement de turbine axiale. Présentation de l'invention [0002] Dans le présent texte, est axial ce qui s'étend suivant ou parallèlement à l'axe lon- gitudinal (X) de rotation de la partie concernée de la turbomachine, lequel axe sera a priori l'axe général de rotation de cette turbomachine. Est radial (axe Z) et est circonférentiel ce qui s'étend radialement à l'axe X et autour de lui, respectivement. Par ailleurs, les références amont et aval sont à considérer en liaison avec l'écoulement des gaz dans la (partie de) turbomachine considérée : ces gaz entrent à l'amont et sortent à l'aval, en circulant globalement parallèlement à l'axe longitudinal de rotation (X) précité. Et sera transversale une paroi s'étendant de biais ou perpendiculairement à une autre paroi, dite latérale. [0003] Les distributeurs de turbine de turbomachine peuvent être formés d'une pluralité d'aubes circonférentiellement successives dont les embases ou plateformes délimitent ensemble une veine dans laquelle circule de l'air alimentant des équipements en aval, dans la turbomachine. [0004] Dans le distributeur, l'air circule à une pression déterminée et il est nécessaire d'empêcher la communication entre l'intérieur et l'extérieur du distributeur afin de ne pas créer de perturbations ou de pertes de charge dans les flux d'air. Pour cela, il est connu de réaliser une étanchéité circonférentielle. [0005] De façon générale, et notamment donc pour les distributeurs, il est connu de l'art antérieur, tel que FR 2 758 856, une partie de turbine de turbomachine à gaz pour aéronef, s'étendant selon une direction circonférentielle (Y) autour d'un axe longitudinal (X) de rotation et comprenant : - un premier secteur de distributeur, - un deuxième secteur de distributeur adjacent au premier secteur de distributeur, dans la direction circonférentielle, chaque premier et deuxième secteurs de distributeur comprenant au moins une aube comprenant une pale sensiblement radiale s'étendant entre une plateforme radialement extérieure et une plateforme radialement intérieure, formant respectivement deux limites entre lesquelles est définie une veine de circulation de gaz, 2 - un dispositif de joint d'étanchéité comprenant des languettes s'étendant clans des espaces intermédiaires entre les premier et deuxième secteurs de distributeur et dans des fentes desdites plateformes, pour favoriser une continuité de la veine, lesdites fentes présentant une première surface située radialement côté veine et une deuxième surface située radialement à l'opposé de la veine. [0006] Dans FR 2 758 856, les languettes utilisées sont chacune formées d'une succession de lamelles plates (dites aussi droites), posées les unes sur les autres et plus étroites que l'écart entre les fonds des fentes en prolongement, ce qui leur permet de glisser les unes sur les autres au gré des déformations ou des déplacements des parties sectorisées et des vibrations de la turbomachine et de s'étaler dans les fentes. Ceci a des avantages ; niais il est considéré que peuvent persister malgré tout des problèmes, en particulier : - des difficultés au montage à cause d'une superposition de petites pièces, - une non-maîtrise de la position des languettes, turbomachine en fonctionnement, - des fuites entre languettes (en particulier avec des languettes dites droites, à l'endroit de croisements entre elles), - même si les languettes sont bien positionnées, des fuites en dehors des languettes, par défaut d'étanchéité, - une usure des pièces en vis-à-vis ; or, s'il y a trop d'usure sur le bord des fentes d'étanchéité suite à des frottements répétitifs avec les languettes, alors que les turbomachines fonctionnent, les languettes peuvent sortir des fentes, cc qui est dangereux et altère la performance du moteur. Résumé de l'invention [0007] Aussi, une solution à tout ou partie de ces problèmes est-elle ici proposée, qui prévoit qu'une dite languette est plaquée, radialement du côté de la veine, contre ladite deuxième surface des fentes, par l'intermédiaire de soudures. [0008] Ainsi, chaque languette sera plaquée, radialement côté veine, contre des parois ad- jacentes de limitation des fentes, par l'intermédiaire de ces soudures. [0009] Ceci apporte aussi une solution aux problèmes d'usures débouchantes, de pertes de languette en fonctionnement, et de réparations coûteuses des distributeurs dans les zones de languettes. [0010] Dans tout le texte, l'expression « soudures » est à comprendre comme « au moins une soudure» par languette. [0011] Notamment, les languettes résisteront en effet alors à des déplacements aussi im- portants que ceux créant les usures précitées. La durée de vie des pièces va augmenter et les interventions de maintenance diminuer. [0012] Le terme « soudure » est à comprendre comme relatif tant à une soudure stricte qu'à une brasure. 3 [0013] Pour aussi éviter d'interférer de façon inappropriée avec les mouvements (dilatations, contraintes variables suivant les conditions de fonctionnement de la turbomachine, ...) notamment des premier et deuxième secteurs de distributeur, il est aussi proposé que les soudures précitées soient établies : - entre lesdites languettes et l'un seulement des premier et deuxième secteurs de distributeur, - voire entre ces languettes et l'une seulement des parois de limitation des fentes correspondantes. [0014] En d'autres termes, des soudures pourront être établies entre une dite languette et la première surface de la fente de l'un seulement des premier et deuxième secteurs de distributeur concernés. [0015] On obtiendra ainsi une sorte d'effet de porte-à-faux. [0016] Pour par ailleurs éviter d'interférer de façon inappropriée avec la zone, toujours sensible, desdits espaces intermédiaires entre parties sectorisées, et favoriser un appui franc aux abords de cette zone de fuite potentielle, il est aussi proposé que lesdites soudures soient établies, dans la direction circonférentielle (Y), à distance des espaces intermédiaires dans lesquels les languettes ainsi soudées s'étendent. [0017] Pour aussi viser un maintien de la languette en contact permanent avec la fente de ladite partie sectorisée autre que celle où est fixée la languette considérée, et renforcer l'étanchéité de la veine par une fermeture à sécurité accrue du jeu tangentiel, il est proposé que la surface de la languette située radialement du côté de veine et ladite première surface de la fente avec laquelle est soudée cette languette présentent entre elles un angle d'inclinaison non nul (angle a ci-après), de préférence de 1 à 5°. [0018] Toujours pour favoriser l'étanchéité recherchée, tout en facilitant la fabrication et la sécurité (seconde caractéristique ci-après), il est proposé : - que les languettes soient planes, hors contrainte mécanique, mais de préférence incurvées sous une telle contrainte, et/ou, - que, pour une dite languette s'étendant entre et dans deux dites fentes, au moins deux soudures ou cordons de soudure écarté(e)s l'un(e) de l'autre soient établi(e)s. [0019] Avec de tels écartements entre soudures ou cordons de soudure, on pourra jouer d'autant mieux sur l'effet de réaction de la partie de languette qui est à l'écart de ces soudures (effet d'action/réaction plus ou moins élastique que l'on peut apparenter à un porte-à-faux à plusieurs appuis). [0020] Pour faciliter la mise en oeuvre de la solution retenue, il est aussi proposé que : - dans la direction circonférentielle (Y), les soudures sont réalisées à au moins une extrémité des languettes, et/ou, - pour une dite languette s'étendant donc entre et dans deux dites fentes, au moins l'une des fentes avec la première surface de laquelle la languette est soudée communique avec au moins un accès ouvert sur l'extérieur, radialement du côté opposé à la veine, afin d'atteindre là où il faut souder. [0021] Orienter transversalement les accès (dans un ou plusieurs plans X-Z) devrait être favorable. [0022] Si nécessaire, l'invention sera encore mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : Brève description des figures [0023] [fig.1] est unc coupe parallèle à faxe X d'une partie de turbomachine à gaz pour aéronef comprenant plusieurs distributeurs annulaires ; [0024] ig.2] est unc vue schématique montrant un tel distributeur annulaire autour de son axe de révolution ; axe X ; [0025] [fig.3] est un schéma montrant l'aboutement circonférentiel de plusieurs aubes formant ensemble un distributeur annulaire, dans le plan de coupe PI contenant les axes Z (radial) et Y (circonférentiel) et donc perpendiculaire à faxe X ; [0026] ig.4] est unc coupe comme la figure 3, montrant une solution conforme à l invention, suivant le détail agrandi IV ; [0027] [fig.5] schématise une languette, plane, vue de dessus ; [0028] [fig.6] est unc perspective schématisant unc alternative de réalisation par rapport à celle de la figure 3 : groupe sectorisé d'aubes au lieu d'aubes individuelles comme figure 3 ; [0029] ig.7] montre la coupe VII-Vil de la figure 6 ; et [0030] montre une alternative de réalisation par rapport à celle de la figure 4. Description détaillée de l'invention 100311 Classiquement, une turbomachine à gaz pour aéronef comprend, de l'amont vers l'aval, le long d'un axe longitudinal (axe X figure 1) : une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. La turbine basse pression peut comprendre plusieurs étages mobiles sur un même rotor et ainsi entrainer, par l'intermédiaire d'un arbre central, l'ensemble formé par la soufflante et le compresseur basse pression. [0032] On a représenté, en figure 1, une partie 1 d'une telle turbomachine comprenant un distributeur 3 (stator), circonférentiellement sectorisé autour de l'axe X, ayant une pluralité d'aubes 4 circonférenticI1ement disposées bout à bout et des languettes 5 d'étanchéité, métalliques, aptes à être disposées entre deux aubes 4 adjacentes (référencées 4a,4b figure 3 ou 6 notamment), ou groupes de telles aubes, circonfércntiellement successives. [0033] La figure 2 montre de manière schématique le distributeur 3 autour de son axe X de révolution. [0034] Comme on le voit sur la figure 3, chaque aube 4 comprend une pale 6 sensiblement radiale s'étendant entre une plateforme 7 radialement extérieure et une plateforme 8 radialement intérieure, formant respectivement deux limites entre lesquelles est définie une veine 9 de circulation de gaz. Chaque secteur, ou partie sectorisée, de distributeur ainsi formé peut comprendre une ou plusieurs aubes 4 circonférentiellement réunies en une seule partie. [0035] Chaque plateforme 7, 8 d'une aube 4 présente deux faces 10 d'extrémité parallèles à l'axe X comprenant chacune au moins une fente 11 (ou 11a,11b figure 3 et suivantes). Comme on le voit par exemple figure 4, chaque fente est limitée dans le plan PI précité par une paroi latérale radialement intérieure, telle 110b, une paroi latérale radialement extérieure, telle 111b, et une seule paroi transversale, telle la paroi de fond 14a (fente 11a) ou 14b (fente 11b). Une fente 11 peut donc déboucher sur une face 10 transversale ; plan X-Z. Une fente 11 peut également être débouchante ou borgne sur une face 15 amont et/ou une face 16 aval de la plateforme 7 ou de la plateforme 8, comme illustré sur la figure 3. [0036] Lorsque les aubes 4 sont circonférentiellement aboutées, comme figures 2,3, une face d'une première aube 4 est en regard d'une face 10 d'une aube 4 circonférentiellement adjacente. Deux fentes 11 adjacentes consécutives sont alors en vis-à-vis l'une de l'autre, avec un étroit espace 19 entre elles. Deux aubes successives définissent ainsi un exemple de dites premier et deuxième secteurs de distributeur. [0037] Les languettes 5 sont disposées individuellement dans deux telles fentes, telles donc Ila,11b pour la languette considérée, afin de réaliser à l'endroit des plateformes 7 et 8 l'étanchéité de la veine d'air 9 par rapport à une première zone 17 intérieure à l'anneau formé par les plateformes intérieures 8 et une seconde zone 18 extérieure à l'anneau formé par les plateformes extérieures 7 ; voir figures 1, 3. [0038] Les fentes, telles donc Ila,11b, sont mutuellement en vis-à-vis. [0039] Outre dans lesdites fentes, les languettes 5 s'étendent dans les espaces intermédiaires 19 situés entre les premier et deuxième secteurs de distributeur 4a,4b. 6 [0040] C'est à ces endroits 19 que l'étanchéité inter-secteurs est critique. [0041] Comme on l'a compris, les fentes, telles 11a,11b, fermées partout ailleurs, dé- bouchent sur l'espace intermédiaire 19 en travers duquel la languette, reçue dans cesdites fentes, s'étend, afin de sceller ledit espace 19 à l'encontre de fuite de fluide entre les zones 17,18 et la veine 9. [0042] Pour éviter l'usure prématurée des distributeurs notamment en zones marquées Al et A2 figure 1, et en tant qu'élément d'un tel dispositif 100 de joint d'étanchéité, chaque languette 5 disposée dans les fentes 11 (ou 11a,11 b) est plaquée, radialement du côté de la veine 9, contre des parois de limitation des fentes (telles que celles repérées 111a,111b), par l'intermédiaire de soudures 50. [0043] De préférence et comme déjà mentionné, la/les soudures 50 est/sont, pour une languette 5 donnée, établic(s) entre la languette et l'une seulement des premier et deuxième secteurs de distributeur 4a,4b entre et dans les deux dites fentes desquelles cette languette 5 s'étend ; voir figures 4 et 8. Dans l'exemple, il n'a eu soudure qu'avec la première partie sectorisée 4a. Ainsi, on ne va pas gêner, les mouvements relatifs induits par le fonctionnement de la turbomachine. On va aussi éviter l'hyperstatisme. [0044] Dans ce contexte, il est par ailleurs proposé que la/les soudure(s) 50 d'une languette 5 donnée soi(en)t établic(s) dans une seulement des fentes, entre cette languette et l'une seulement desdites parois de limitation des fentes : fente 11 a dans l'exemple des figures 4 et 8 ; paroi 111a. [0045] Ainsi, on réalisera la/les soudure(s) 50 d'une languette 5 de préférence avec l'une seulement des deux dites parois latérales (radialement extérieure Illa,111b ou radialement intérieure 110a,110b des deux fentes adjacentes concernées) orientée vers la veine 9. On pourra ainsi utiliser des languette 5 plus courtes que la profondeur des fentes notamment dans la direction circonférentielle Y, étant précisé : - que la paroi latérale radialement extérieure 111a ou Illb définit ladite «première surface » précitée située radialement côté veine, et - que la paroi latérale radialement intérieure 110a ou 110b définit ladite « deuxième surface » précitée située radialement à l'opposé de la veine 9. [0046] Si on établit, dans cette direction circonférentielle Y, les soudures 50 à distance des espaces intermédiaires 19, on favorisera par ailleurs l'appui des languettes 5 aux alentours de ces espaces, vers les lèvres des parois concernées des fentes, comme on peut le noter figures 4 et 8. [0047] Pour notamment aussi renforcer encore l'étanchéité de la veine 9 par une fermeture à sécurité accrue du jeu tangentiel, on pourra, comme dans la solution de la figure 4 et pour donc une dite languette 5 s'étendant entre et dans deux dites fentes, telles Ila,11b, donner à celle (ici 111a) des parois de limitation de ces fentes avec laquelle la(les) soudure(s) est(sont) établie(s) radialement du côté de la veine 9 un angle a. 7 d'inclinaison non nul, a priori compris entre 1' et 50 par rapport au plan P2 dans lequel s'étend l'autre (ici 111b) desdites parois de limitation de ces fentes, radialement du côté de la veine 9. On, aura compris que ce plan P2 contient les axes X,Y et est perpendiculaire au plan Pl . [0048] Cet angle n n'est toutefois par un impératif strict. On note ainsi dans la variante de la figure 8 qu'au repos les parois 111a,111b de limitation des fentes adjacentes 11a,1 1 b côté veine 9 sont coplanaires entre elles et avec la face de la languette 5 par laquelle celle-ci s'appuie contre les parois 111a,111b (plan P2). [0049] Les languette 5 pourront d'ailleurs être simplement planes, au repos, les soudures 50 déportées assurant le plaquage à distance souhaité. [0050] Ainsi, hors contrainte mécanique, chaque languette 5 sera favorablement en forme de plaque plane et s'étendra dans le plan local X-Y, allongée suivant X (figure 5) ; elle pourra donc être rectangulaire. Avec de telles plaques, les languettes 5 seront en appui plan contre plan sur des parois latérales, telles que 11011, des fentes. [0051] Par contre, dans la solution illustré figure 4, la languette 5 est incurvée lorsqu'elle est sous la contrainte mécanique imposée par l'angle n non nul. [0052] Au moins deux soudures 50 (ou cordons de soudure) écarté(e)s l'un(e) de l'autre seront de préférence établi(e)s, par dite languette 5. [0053] Dans la direction circonférentielle (Y), les soudures 50 seront favorablement réalisées à au moins une extrémité (5a,5b) des languettes, pour un effet mécanique et une recherche de meilleure accessibilité, d'où notamment l'intérêt du (des) accès 21 ci-après. [0054] Quatre points soudures 50 en bordure de la languette 5, comme on le note en combinant les vues des figures 5,7 ou 7,8, permettront d'associer : - une facilité d'accès à la zone à souder, - une sécurité mécanique, y compris sans hyperstatisme, - un effet certain de plaquage «par réaction » des languettes quand les parties sectorisées 4a,4b porteuses des fentes vont être soumises à des mouvements relatifs. [0055] Pour faciliter l'accès aux zones de soudures concernées, il est d'ailleurs proposé qu'au moins la fente (telle Ila dans l'exemple) contre l'une des parois de limitation, ici II la, de laquelle une languette 5 donnée est soudée communiquent avec au moins un accès 21 ouvert sur l'extérieur, radialement du côté opposé à la veine 9 ; voir figure 4,7,8. [0056] Deux longues rainures situées axialement en face des extrémités axiales amont et aval, tant d'une dite languette que de la fente qui la reçoit (cf extrémités axiales amont Sa et aval Sb de la languette ; figure 7, rainures 21a,21b), permettront notamment de souder en quatre points : deux points côté amont (points écartés l'un de l'autre et également des fond et lèvre de la fente; voir figures 4,8) et deux points côté aval, écartés pareillement. 8 9