Brevet FR3092866A1 — 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 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 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 entre les premier et deuxième secteurs de distributeur et dans des fentes des plateformes radialement extérieure ou radialement intérieure, 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 que les languettes comprennent des plaques pourvues de pattes saillantes en appui dans les fentes, contre la deuxième surface, pour plaquer les plaques dans les fentes, contre la première surface. [0008] Ainsi, les pattes saillantes seront en appui dans les fentes du côté radialement opposé à la veine, et les plaques poussées radialement du côté de la veine. [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] 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. [0011] Les pattes et les plaques, donc les languettes, sont a priori allongées axialement ; c'est-à-dire qu'elles s'étendent principalement sensiblement parallèlement à l'axe X précité, suivant une projection concernant les pattes (angle a ci-après). 3 100121 Les pattes présentent toutefois une angulation par rapport à la plaque qui les porte. De ce fait, et puisqu'elles présentent des extrémités libres, elles assurent, radialement du côté de la veine, un appui relativement élastique des plaques dans les fentes où ces plaques et pattes sont communément reçues. [0013] Pour maîtriser encore plus favorablement la position des languettes, turbomachine en fonctionnement, et les fuites entre languettes, il est proposé que les pattes soient situées circonférentiellement à l'écart desdits espaces, radialement en face des fentes. [0014] Dans le même but, avec un équilibre optimisé, il est proposé : - que les pattes s'étendent de part et d'autre des espaces et présentent deux appuis par fente, et/ou - que les pattes s'étendent suivant l'axe longitudinal (X) de rotation et, par fente, soient orientées pour s'éloigner l'une de l'autre depuis la plaque vers les appuis contre la première surface, et/ou - que chaque patte présente une extrémité libre et une extrémité opposée monobloc ou fixée avec la plaque. [0015] Pour encore mieux stabiliser les appuis et favoriser les frottements à l'écart des zones sensibles, il est proposé que les plaques présentent des parties de surfaces planes en appui contre chaque première surface des fentes. [0016] Ainsi on pourra assurer des contacts plan contre plan. [0017] Pour éviter tout sur-poids, avec une fabrication simple, il est aussi proposé que les plaques présentent des ouvertures situées circonférentiellement à l'écart desdits espaces, radialement en face des fentes, et en regard desquelles s'étendent les pattes qui seront alors définies par des parties (découpées et) pliées des plaques. [0018] En alternative, on pourra prévoir, sans modification de la géométrie des fentes existantes sur les distributeurs, quel les pattes soient définies par des plaquettes pliées, fixées par soudures aux plaques. [0019] 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 [0020] [fig.]] est une coupe parallèle à faxe X d'une partie de turbomachine à gaz pour aéronef comprenant plusieurs distributeurs annulaires ; [0021] [fig.2] est une vue schématique montrant un tel distributeur annulaire autour de son axe de révolution axe X ; 100221 Ifig.31 est un schéma montrant l'aboutement circonférentiel de plusieurs aubes formant ensemble un distributeur annulaire, dans le plan de coupe P contenant les axes Z (radial) et Y (circonférentiel) et donc perpendiculaire à l'axe X ; [0023] [fig.4] est une coupe comme la figure 3, montrant une solution conforme à l'invention, suivant le détail agrandi IV ; [0024] [fig.5] montre la coupe V-V de la figure 6 ; [0025] [fig.6] est une vue suivant la flèche VI de la figure 4, montrant une languette reçue dans deux fentes adjacentes coupées dans un plan parallèle à X-Y ; [0026] [fig.7] montre la coupe VII-VII de la figure 8 ; et [0027] [fig.8] est une vue suivant la flèche VI de la figure 4, montrant une alternative de réalisation par rapport à celle de la figure 6. Description détaillée de l'invention [0028] Classiquement, une turbomachine à gaz pour aéronef comprend, de l'amont vers l'aval, le long d'un axe longitudinal (axe X figure I) : unc soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, unc 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 cntrainer, par l'intermédiaire d'un arbre central, l'ensemble formé par la soufflante et le compresseur basse pression. [0029] On a représenté, en figure I , une partie I d'une telle turbomachine, qui peut être une partie de turbine, comprenant un distributeur 3 (stator), circonférentiellement sectorisé autour de l'axe X, ayant une pluralité d'aubes 4 circonférentiellement disposées bout à bout et des languettes 5 d'étanchéité, métalliques, aptes à être disposées entre deux aubes 4 adjacentes (référencées 4a,4h figure 3 ou 6 notamment), ou groupes de telles aubes, circonférentiellement successives. [0030] La figure 2 montre de manière schématique le distributeur 3 autour de son axe X de révolution. [0031] 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. [0032] 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 P précité par : - une paroi latérale radialement intérieure (formant ladite première surface située radialement côté veine), telle 11011, - une paroi latérale radialement extérieure (formant ladite deuxième surface située radialement à l'opposé de la veine), telle 111b, et - une seule paroi transversale, telle la paroi de fond 14a (fente 11 a) ou 14h (fente 11 b). [0033] 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. [0034] 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 premier et deuxième secteurs adjacents de distributeur de turbine. [0035] Les languettes 5 sont disposées individuellement dans deux telles fentes, telles donc I1a,1 lb pour la languette considérée, afin de réaliser à l'endroit des plateformes 7 et 8 l'étanchéité de la veine 9 d'air 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. [0036] Les fentes, telles donc Ila,11b, sont mutuellement en vis-à-vis. [0037] Outre dans lesdites fentes, les languettes 5 s'étendent dans les espaces 19 situés entre les premier et deuxième secteurs 4a,4b de distributeur. [0038] C'est à ces endroits 19 que l'étanchéité inter-secteurs est critique. [0039] Comme on l'a compris, les fentes, telles Ila,11b, fermées partout ailleurs, dé- bouchent sur l'espace 19 en travers duquel la languette, reçue dans ces dites fentes, s'étend, afin de favoriser une continuité de la veine 9 et limiter les fuites de fluide à l'endroit dudit espace 19, entre les zones 17,18 et la veine 9. [0040] 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 lia,' lb) comprend une plaque 50 pourvue de pattes 51 en saillie par rapport à la plaque, pour venir en appui dans lesdites fentes, 6 du côté radialement opposé à la veine 9, afin de plaquer la plaque 50 dans les fentes, radialement du côté de la veine 9. [0041] Ainsi, les pattes 51, saillantes, d'une même plaque 50 sont en appui dans les fentes (11;11a,1 1b) concernées, contre ladite deuxième surface 111a,11111 de ces fentes, pour appliquer la plaque dans lesdites fentes, contre la première surface en regard 110a,110b. [0042] Les pattes 51 sont coudées ; et, comme expliqué ci-avant, elles sont allongées axialement. La plaque 50 l'est aussi. [0043] La plaque 50 qui porte les pattes 51 est plane et s'étend dans le plan local X-Y, allongée suivant X (figures 5,7) ; elle peut donc être rectangulaire. Avec de telles plaques, les languettes 5 sont en appui plan contre plan contre chaque première surface, telle que 110a,1 10h, des fentes concernées. [0044] Chaque plaque 50 sera favorablement d'une épaisseur (e, suivant l'axe Z ; cf. figure 5) entre 0,15 mm et 0,45 mm pour un espace 19 de 0,4mm à 0,9mm. La largueur (I, suivant l'axe Y ; cf. figure 6) des languettes d'étanchéité doit couvrir le jeu inter-secteur dont le jeu entre deux secteurs de distributeurs. [0045] Bien que les pattes présentent une angulation a (figure 5, avec par exemple 30°C1,45°) par rapport à la plaque 50 qui les porte, on peut considérer qu'elles sont allongées axialement (donc suivant X). [0046] Les pattes 51 sont au nombre d'au moins une paire par plaque, de préférence deux paires, comme illustré. [0047] Dans une même fente, les pattes 51 : - s'éloignent l'une de l'autre depuis la plaque vers les appuis 510 dans cette fente (appuis contre ladite première surface), - et présentent des extrémités libres 511. [0048] Les pattes 51 de chaque languette 5 sont situées : - circonférentiellement (suivant Y) à l'écart de l'espace 19 correspondant, - et radialement en face d'une paroi latérale, telle 111b, des fentes. [0049] Pour favoriser l'appui freiné et la stabilité, : - les pattes 51 d'une même languette 5 seront, à l'intérieur de deux fentes, telles Ila,11b, adjacentes, situées de part et d'autre de l'espace 19 qui s'étend entre ces fentes, comme illustré figure 6 ou 8, et de préférence, - les pattes 51 incluront deux appuis 510 par fentes, comme repéré figures 4,5. [0050] Comme illustré sur les figures, chaque patte 51 présente une extrémité libre, où est situé l'appui 510, et une extrémité opposée qui peut être soit monobloc avec la plaque 50, soit fixée avec elle, comme expliqué ci-après. [0051] Pour éviter tout sur-poids et assurer une bonne répartition des contraintes dans les languettes 5, chacune pourra être telle que la plaque 50 présente des ouvertures 520 7 situées circonférentiellement à l'écart desdits espaces 19, radialement en face desdites parois latérales des fentes, et en regard desquelles s'étendent les pattes 51 qui seront alors définies par des parties découpées et pliées de la plaque ; voir figures 4-5. [0052] En alternative, et comme illustré figures 6-7, on pourra prévoir, sans modification de la géométrie des fentes 19 existantes sur les distributeurs de la déposante, que les pattes 50 soient définies par des plaquettes 521 pliées, fixées par des soudures 523 aux plaques 50. [0053] Dans les deux cas (solution figures 4,5 ou figures 6-7), les appuis 510 sont définis par des plaquettes en appuis plans contre la paroi latérale correspondante, telle que 111 a ou 111b (figures 3,4,6). 8