Brevet FR3094028A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : TURBINE COMPRENANT UN ANNEAU D'ETANCHEITE RIVETE Domaine technique [0001] L'invention concerne le domaine des turbomachines et plus particulièrement le domaine général des éléments d'étanchéité, notamment les joints à labyrinthe, destinés à assurer l'étanchéité entre un rotor et un stator dans une turbomachine. Technique antérieure [0002] On connaît du document FR 2 953 250 un rotor de turbine de turbomachine comprenant des éléments d'étanchéité. En particulier, la turbine comprend un distributeur qui forme une couronne pourvue d'une pluralité d'aubes fixes circonférentiellement réparties autour de la couronne et une roue mobile disposée en aval du distributeur et formée d'une pluralité d'aubes mobiles circonférentiellement réparties autour de la roue mobile. Les disques de rotor de la turbine sont centrés sur un axe longitudinal de la turbomachine et sont généralement assemblés entre eux au moyen d'une virole amont de disque aval et d'une virole aval de disque amont qui sont fixées entre elles par une liaison boulonnée, principalement axiale, traversant des brides des viroles. [0003] De plus, un anneau mobile porteur de léchettes radiales est généralement fixé à la jonction entre les disques de rotor successifs, en regard du pied de l'aube fixe de distributeur correspondante. Cet anneau mobile est fixé à la liaison boulonnée qui relie les disques de rotor entre eux et comprend une bride de maintien aval venant en appui contre l'alvéole du disque en aval dudit anneau mobile. [0004] Plusieurs formes de réalisation ont été proposées pour la forme de l'anneau mobile ou sa fixation. On pourra notamment se référer aux documents FR 2 958 322, FR 2 954 797, FR 2 953 250 ou encore FR 2 533 620, au nom de la Demanderesse. [0005] Récemment, il a été proposé de supprimer l'anneau mobile d'étanchéité et de former les léchettes directement dans la virole reliant deux disques successifs. On pourra notamment se référer au document FR 2 966 869 qui décrit et illustre des exemples de réalisation dans lesquels les léchettes sont monolithiques avec les viroles, permettant ainsi de supprimer l'anneau mobile rapporté sur la liaison boulonnée. Toutefois, il a été observé qu'en fonctionnement, des criques pouvaient se former après un certain nombre de cycles. Ces criques partent alors de manière récurrente de l'extrémité libre (tête) des léchettes puis ont tendance à se propager vers la virole, ce qui peut aboutir à une rupture des disques et à la libération de débris à haute énergie. [0006] 11 existe donc un besoin de fournir un rotor de de turbine de turbomachine 2 comprenant un joint d'étanchéité et ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur. Résumé de l'invention [0007] Un objectif de l'invention est donc d'augmenter la durée de vie des turbines de tur- bomachine en limitant les risques de rupture des disques résultant de l'apparition d'une crique au sein de la turbine de manière simple et économique. [0008] Un autre but de l'invention est de simplifier la maintenance des turbines de tur- bomachine. [0009] Pour cela, l'invention propose un rotor, un rotor pour une turbomachine, s'étendant autour d'un axe et comprenant : [0010] - un disque de rotor, [0011] - une bride de fixation s'étendant principalement axialement à partir du disque de rotor et [0012] - un élément d'étanchéité portant au moins une léchette d'étanchéité, s'étendant ra- dialement vers l'extérieur par rapport à Faxe et étant configurée pour coopérer avec un élément abradablc correspondant, ledit élément d'étanchéité étant rapporté et fixé sur la bride de fixation par rivetage. [0013] Certaines caractéristiques préférées niais non limitatives du rotor décrit ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : [0014] - l'élément d'étanchéité est un anneau sectorisé. [0015] - la bride de fixation est monolithique avec le disque de rotor. [0016] Selon un deuxième aspect, l'invention propose un ensemble tournant comprenant un rotor comme décrit ci-dessus dans lequel le disque de rotor est un disque amont, ledit ensemble tournant comprenant un disque aval monté autour de l'axe en aval du disque de rotor amont et la bride de fixation raccordant mécaniquement le disque amont et le disque aval. [0017] Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l'ensemble tournant décrit ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : [0018] - la bride de fixation est frottée sur le disque aval ou sur le disque amont [0019] l'élément d'étanchéité et la bride de fixation sont formés dans des matériaux différents. [0020] - l'élément d'étanchéité comprend un support pourvu de l'au moins une léchette. [0021] - un renfoncement est formé dans une face radialement externe de la bride de fixation, ledit renfoncement étant configuré pour loger au moins partiellement le support. [0022] - une pluralité d'orifices traversants sont formés dans la bride de fixation, au fond du renfoncement, autant d'orifices traversants étant formés en regard dans le support, et 3 l'ensemble tournant comprenant en outre autant de rivets insérés dans les orifices traversants de la bride de fixation et du support. [0023] - l'ensemble tournant comprend au moins deux léchettes s'étendant circonféren- tiellement autour de l'axe, les orifices traversants du support étant formés axialement de part et d'autre de l'ensemble formé par les au moins deux léchettes. [0024] Selon un troisième aspect, l'invention comprend une turbine pour une turbomachine comprenant un ensemble tournant comme décrit ci-dessus. Brève description des dessins [0025] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : [0026] [fig.1] [0027] La figure 1 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un ensemble tournant conforme à l'invention. [0028] [fig.2] [0029] La figure 2 est une vue partielle en perspective d'un exemple de réalisation d'une bride de fixation du type virole sur laquelle est montée un anneau d'étanchéité conformes à l' invention. [0030] [fig.3] [0031] La figure 3 est une vue en coupe de l'exemple de la figure 2. [0032] [fig.4] [0033] La figure 4 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un segment d'anneau d'étanchéité pouvant être utilisé dans un ensemble tournant conforme à l' invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION 100341 Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal des gaz dans la turbomachine, et donc le long de la partie tournante 1. Par ailleurs, on appelle axe de révolution de la partie tournante 1, l'axe autour duquel est disposée la partie tournante I. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la partie tournante 1, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et passant par lui. Sauf précision contraire, interne et externe, respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un dément est plus proche de l'axe que la partie ou la face externe du même élément. 100351 L'invention peut trouver application dans toute partie tournante d'une turbomachine comprenant au moins deux étages, par exemple en partie compresseur ou en partie turbine. Dans ce qui suit, par commodité, l'invention sera plus particulièrement décrite dans le cas où la partie tournante est une turbine, et plus précisément une turbine comprenant au moins deux étages. [0036] La turbine 1 comprend en particulier, de l'amont vers l'aval, au moins un premier étage et un deuxième étage de turbine. Chaque étage comprend un rotor comportant un disque annulaire 2, 3 comprenant une plateforme 2a, 3a radialement externe à partir de laquelle s'étendent une pluralité d'aubes mobiles 2b, 3b et un stator 4 formé d'une pluralité d'aubes fixes 4a et s'étendant immédiatement en aval du disque de rotor associé. [0037] Les aubes mobiles 2b, 3b peuvent par exemple être rapportées et fixées dans des alvéoles du disque 2, 3 de rotor ou être venues de matière avec le disque. [0038] Les disques 2, 3 de rotor successifs sont raccordés mécaniquement l'un à l'autre par l'intermédiaire d'une bride de fixation 5, ici une virole 5. La virole 5 se présente globalement sous la forme d'une pièce cylindrique, qui peut être sensiblement tubulaire, divergente de l'amont vers l'aval ou encore convergente de l'amont vers l'aval. La virole 5 peut être monolithique avec l'un et/ou l'autre des disques 2, 3 ou, en variante, être rapportée et fixée, par exemple par frettage ou par boulonnage, sur l'un des disques 2, 3. Par exemple, la virole 5 peut être monolithique avec le disque amont 2 et rapportée et fixée sur le disque aval 3, par exemple par frettage. [0039] Dans une variante de réalisation, la virole 5 peut être en deux parties et comprendre une portion amont monolithique avec l'un des disques 2, 3 et une portion aval monolithique avec l'autre des disques 2, 3, la portion amont étant raccordée mécaniquement à la portion aval. [0040] Afin de limiter le flux de bypass, la turbine 1 comprend en outre un joint d'étanchéité comprenant une partie mobile 6 configurée pour être portée par le rotor de la turbine de sorte à être solidaire en rotation par rapport au rotor et une partie fixe 7 s'étendant en regard de la partie mobile 6 et configurée pour être portée par le pied du distributeur 4. Le joint d'étanchéité présente une géométrie de révolution autour de l'axe X de rotation de la turbine. [0041] Par exemple, dans le cas d'un joint d'étanchéité du type à labyrinthe, la partie mobile 6 comprend un anneau d'étanchéité 10 portant au moins une léchette ii, par exemple entre deux et trois léchettes 11, qui s'étendent radialement en saillie depuis la face externe de la virole 5 en direction de la partie fixe 7. [0042] La partie fixe 7 quant à elle peut comprendre un support abradable ou porte-abradable » sur lequel est fixé un élément annulaire en matériau abradable appelé généralement « élément abradrable ». De manière non limitative, l'élément abradable peut par exemple comprendre une structure en nid d'abeille pour augmenter son abradabilité. [0043] Afin de limiter les risques de propagation de criques, et plus particulièrement la rupture des disques 2, 3 résultant d'un départ de crique au niveau d'une léchette 11, l'anneau d'étanchéité 10 est rapporté et fixé sur la virole 5 par rivetage. [0044] Plus précisément, l'anneau d'étanchéité 10 comprend un support 12 annulaire configure pour être riveté sur la virole 5. Les léchettes 11 s'étendent alors radialemcnt depuis la surface externe du support 12 et sont monolithiques avec le support 12. [0045] La forme du support 12 est adaptée à la forme de la virole 5. Ainsi, dans le cas d'une virole 5 globalement annulaire (respectivement, divergente ou convergente), le support 12 est globalement annulaire (respectivement, divergent ou convergent). [0046] Afin de faciliter la fixation de l'anneau d'étanchéité 10 sur la virole 5, l'anneau d'étanchéité 10 est sectorisé, c'est-à-dire qu'il est formé de plusieurs secteurs d'anneau rapportés sur la virole 5 en étant positionnés bout à bout de sorte à reconstituer ensemble l'anneau d'étanchéité 10. Le support 12 et les léchettes 11 sont donc segmentés de sorte à former plusieurs secteurs d'anneau, les secteurs formant un anneau d'étanchéité 10 donné pouvant être de longueur identique ou différente. Chaque secteur comprend un support 12 segmenté formé intégralement avec des léchettes 11 segmentées. Cette forme de réalisation simplifie le montage de l'anneau d'étanchéité 10 sur la virole 5, en particulier lorsque la virole 5 est monolithique avec l'un des disques 2, 3 et fixée par exemple par frettage sur l'autre des disques 3, 2. [0047] Une pluralité d'orifices traversants 9 sont formés dans la virole 5, dans une zone glo- balement au droit du pied du distributeur 7, et autant d'orifices traversants 14 sont formés dans le support 12 de l'anneau d'étanchéité 10. Les orifices traversants 14 du support 12 sont configurés pour s'étendre en regard des orifices traversants 9 de la virole 5 et recevoir des rivets 13, afin de permettre la fixation de l'anneau d'étanchéité pal- rivetage dans les orifices 9 de la virole 5. Les rivets 13 traversent l'anneau d'étanchéité 10 et la virole 5 et s'étendent de la surface externe du support 12 à la surface interne de la virole 5. [0048] Plus précisément, deux séries circonférentielles d'orifices 9, 14 sont formées dans la virole 5 et dans le support 12. Ces deux séries d'offices traversants 9, 14 s'étendent alors de part et d'autre des léchettes 11. En d'autres termes, l'ensemble des léchettes 11 sont centrées pat- rapport aux orifices traversants 14, qui les bordent à l'amont et à [0049] Un renfoncement 8, configuré pour loger au moins partiellement le support 12 de l'anneau d'étanchéité 10, peut être formé dans la face radialement externe de la virole 5. Le renfoncement 8 est de préférence non traversant. Les orifices traversants 9 sont alors formés au fond dudit renfoncement 8. [0050] Dans une forme de réalisation, le renfoncement 8 est de formes et de dimensions complémentaires du support 12. Par exemple, la forme et les dimensions axiales du renfoncement 8 sont sensiblement égales à la forme et aux dimensions axiales du 6 support 12, de sorte à éviter tout jeu axial entre le support 12 et les parois délimitant le renfoncement 8. Le cas échéant, une profondeur du renfoncement 8 peut être sensiblement égale à une épaisseur du support 12, la profondeur et l'épaisseur étant mesurés suivant un axe radial passant par la virole 5 et le support 12. Le renfoncement 8 loge alors de façon complémentaire le support 12, de sorte que la face radiale externe du support 12 affleure la face radiale externe de la virole 5 pour reconstituer la face radialement externe de la virole 5 lorsque l'anneau radial est riveté sur la virole 5 et former une surface lisse. Par exemple, le renfoncement 8 peut être annulaire de forme complémentaire du support 12. [0051] L'anneau d'étanchéité 10 étant distinct de la virole 5, l'anneau d'étanchéité 10 et la virole 5 peuvent aisément être réalisés dans des matériaux différents, ce qui permet d'adapter leur comportement mécanique et leur tenue aux contraintes qui leur sont appliquées individuellement en fonctionnement. [0052] En rapportant et en fixant l'anneau d'étanchéité 10 sur la virole 5 au lieu de les former ensemble d'une seule pièce (monolithiques), la maintenance de l'ensemble tournant 1 est en outre facilitée. D'une part, il n'est plus nécessaire de remplacer l'un et/ou l'autre des disques 2, 3 en cas de départ et propagation de criques au sein de l'anneau d'étanchéité 10, puisque la crique ne peut plus se propager dans la virole 5 ni atteindre le disque 2, 3. D'autre part, en cas d'endommagement de l'anneau d'étanchéité 10, il suffit de retirer l'anneau d'étanchéité 10 et de le remplacer. Le cas échéant, seul(s) le(s) secteur(s) d'anneau touché(s) 10 peuvent être changé(s), les secteurs 10 intacts pouvant être maintenus sur la virole 5. [0053] La durée de vie des disques 2, 3 est en outre nettement améliorée, un départ de crique au niveau de l'anneau d'étanchéité 10 ne risquant plus de se propager jusqu'aux disques 2, 3. 7