Brevet FR3102207A1 — publié le 20210423

L’invention a pour objet un distributeur (16) de turbine, comportant des secteurs aubagés (17) assemblés selon un agencement ayant une forme de révolution autour d’un axe longitudinal (AX), chaque secteur aubagé (17) comportant une tête et un pied (21) reliés l’un à l’autre par au moins une aube (22-25). Le distributeur comporte un l’élément annulaire d’étanchéité (18) entouré par les pieds (21) des secteurs aubagés (17), qui comporte une face radialement interne couverte d’un matériau abradable (19). Au moins trois liaisons linéaires annulaires (32) orientées radialement par rapport à l’axe longitudinal (AX), relient l’élément annulaire d’étanchéité (18) à un pied (21) de secteur aubagé (17). Figure pour l’abrégé : Figure 4. Distributeur de turbine comportant un élément annulaire d’étanchéité à maintien isostatique L’invention concerne un turboréacteur et plus généralement une turbomachine comprenant un distributeur ayant une face radialement interne portant un élément annulaire d’étanchéité d’un joint d’étanchéité de type labyrinthe, cet élément d’étanchéité annulaire étant en un matériau abradable pour coopérer avec des léchettes portées par un rotor en regard de cet élément annulaire d’étanchéité. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un turboréacteur à double flux comporte une manche d'entrée par laquelle l'air est aspiré dans un compresseur basse pression ou soufflante avant d’être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire circule dans un espace appelé veine primaire, et il traverse des éléments rotatifs comportant des roues aubagées portées par le rotor de la turbomachine et des éléments fixes de type redresseurs et distributeurs portés par le stator de la turbomachine. Le stator comporte différents carters incluant notamment un carter de compresseur haute pression, un carter de veine primaire, un carter de turbine haute pression, et un carter d’échappement. Le flux secondaire circule dans un espace appelé veine secondaire qui s’étend radialement entre la veine interne et une structure externe appelée carène ou nacelle du turboréacteur, qui entoure la turbomachine. Après avoir été mis en mouvement par la soufflante et avoir traversé des pales fixes de sorties dénommées OGV (outlet guide vanes en anglais), ce flux secondaire est propulsé vers l'arrière pour générer une poussée. Le flux primaire qui provient également du flux mis en mouvement par la soufflante traverse quant à lui successivement un compresseur haute pression, une chambre de combustion puis des turbines haute pression et basse pression, et permet d’entraîner la soufflante avant d’être propulsé hors de la turbomachine. La turbine haute pression est liée en rotation avec le compresseur haute pression, et la turbine basse pression est liée en rotation avec le compresseur basse pression. Une telle turbine basse pression, repérée par 1 sur la vue partielle de la figure 1, est ainsi entourée par une portion de carter 2 et comporte des étages, incluant un distributeur 3 formé d’une série de pales fixes 4 rigidement solidaires de la portion de carter 2 en entourant un rotor. Ce rotor comporte une bride 6 qui porte un disque 7 portant des aubes 8 immédiatement en aval du distributeur 3. Un autre disque 9 portant des aubes 11 est situé en amont du distributeur 3 en étant lui aussi porté par la bride 6. L’étanchéité entre le disque rotatif 7 et une face radialement interne cylindrique du distributeur est assurée au moyen d’un joint d’étanchéité à labyrinthe comportant un matériau abradable 12 porté par la face radialement interne cylindrique du distributeur et par des léchettes 13 portées par le disque 7. Ces léchettes coopèrent avec une surface radialement interne du matériau abradable pour assurer une étanchéité. Plus particulièrement, le distributeur 3 est formé de plusieurs secteurs aubagés agencés circonférentiellement autour du stator, chaque secteur aubagé comportant un pied et une tête reliés l’un à l’autre par plusieurs pales. Les pieds des différents secteurs aubagés délimitent conjointement la face radialement interne du distributeur couverte de matériau abradable. Le revêtement de matériau abradable couvrant la face radialement interne du distributeur comporte ainsi une discontinuité à la jonction de chaque paire de secteurs aubagés adjacents. Ces discontinuités constituent le siège de fuites de gaz qui pénalisent le rendement de la turbine. A ce titre il a été envisagé de prévoir un l’élément annulaire d’étanchéité formé d’un seul tenant pour présenter une face radialement interne continue, pouvant de fait être couverte de matériau abradable sans discontinuité. Néanmoins, en fonctionnement, le distributeur basse pression subit de fortes contraintes thermiques, ce qui conduit dans l’art antérieur l’élément annulaire d’étanchéité comportant abradable fixé au distributeur à subir de fortes contraintes thermiques et donc à se dilater au gré des dilatations du distributeur pouvant être importantes. Ceci conduit notamment à des jeux importants entre le matériau abradable et les léchettes du fait que le diamètre de l’élément annulaire d’étanchéité varie de façon importante en fonction du régime de fonctionnement. Le but de l’invention est d’apporter une solution pour limiter les variations de diamètre de l’élément annulaire d’étanchéité en fonction du régime de fonctionnement du moteur, de façon notamment à réduire les fuites à travers le joint labyrinthe. A cet effet, l’invention a pour objet un distributeur de turbine, comportant des secteurs aubagés agencés en formant une couronne autour d’un axe longitudinal, chaque secteur aubagé comportant une tête et un pied reliés l’un à l’autre par au moins une aube, un l’élément annulaire d’étanchéité entouré et porté par des pieds de secteurs aubagés qui présente une face radialement interne couverte d’un matériau abradable, et au moins trois liaisons linéaires annulaires orientées radialement par rapport à l’axe longitudinal, chaque liaison linéaire annulaire reliant l’élément annulaire d’étanchéité à un pied de secteur aubagé. Avec cette solution, il n’existe pas de discontinuités du matériau abradable susceptible d’engendrer des fuites, l’élément annulaire d’étanchéité est maintenu sans contrainte, quel que soit l’état thermique du turboréacteur. Ainsi, la dilatation du distributeur et celle de l’anneau d’étanchéité sont découplées. De plus, il est ainsi possible de piloter en fonctionnement la position de l’élément d’étanchéité, en pilotant par exemple la température de l’air circulant dans une cavité située par exemple radialement sous distributeur c’est-à-dire plus proche de l’axe longitudinal que le distributeur. Ainsi, la performance est améliorée car les jeux entre l’abradable et les léchettes sont maîtrisées puisque la position radiale de la surface radialement interne de l’anneau d’étanchéité est mieux maitrisée en fonctionnement. A la conception on peut également prévoir des jeux entre léchette et abradable plus faibles car l’élément abradable est sujet à moins de contraintes thermiques en fonctionnement. On améliore ainsi la performance en pouvant concevoir des jeux plus faibles. L’invention concerne également un distributeur ainis défini, dans lequel chaque secteur aubagé comporte une liaison linéaire annulaire, l’élément annulaire d’étanchéité étant relié à chaque secteur aubagé par une liaison linéaire annulaire correspondante. L’invention concerne également un distributeur ainis défini, dans lequel chaque liaison linéaire annulaire comporte un doigt comprenant un corps orienté radialement et portant un bulbe, et un trou correspondant orienté radialement et ayant un diamètre correspondant à celui du bulbe, le bulbe étant coulissant dans le trou. L’invention concerne également un distributeur ainis défini, dans lequel au moins un trou présente une embouchure évasée. L’invention concerne également un distributeur ainis défini, dans lequel le doigt d echaque liaison linéaire annulaire est porté par l’élément annulaire d’étanchéité et dans lequel le trou correpsondant est formé dans un pied de secteur aubagé. L’invention concerne également un distributeur ainis défini, comprenant au moins un pied de secteur aubagé pourvu d’une paroi radiale, dans laquelle est formé un trou d’une liaison linéaire annulaire, ce trou s’étendant radialement. L’invention concerne également un distributeur ainis défini, dans lequel chaque bulbe est situé en extrémité libre d’un corps de doigt correspondant. L’invention concerne également un distributeur ainis défini, comportant au moins un ressort hélicoïdal engagé dans un trou d’une liaison linéaire annulaire et disposé entre une extrémité de doigt correspondant et le fond de trou. L’invention concerne également une turbine de turbomachine comprenant un distributeur ainsi défini. L’invention concerne également une turbomachine comprenant une turbine ainsi définie. est une vue en coupe longitudinale partielle d’une turbine basse pression selon l’Etat de la technique ; est une vue locale en coupe longitudinale d’un joint d’étanchéité selon l’Etat de la technique ; est une vue en perspective d’un distributeur de turbine basse pression selon l’invention ; est une vue en perspective d’une portion de distributeur avec sa liaison à l’élément annulaire d’étanchéité interne dans le distributeur selon l’invention ; est une vue en perspective montrant la liaison linéaire annulaire radiale liant un pied de distributeur avec l’élément annulaire d’étanchéité interne selon l’invention ; est une vue en coupe latérale lors du début du montage d’un distributeur selon l’invention dans une turbine ; est une vue en coupe latérale lors en fin de montage d’un distributeur selon l’invention dans une turbine. EXPOS É DETAILL É DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS Le distributeur repéré par 16 sur la figure 3 est formé de plusieurs secteurs aubagés repérés par 17 réunis pour constituer conjointement un ensemble ayant une forme de révolution, qui est solidarisé par sa pérhiphérie externe au carter du turboréacteur pour être maintenu à celui-ci. Chaque secteur aubagé 17 comporte une tête radialement externe, et un pied radialement interne, ayant chacun une forme de montant arqué, reliés l’un à l’autre par des pales fixes qui sont ici au nombre de quatre. L’ensemble des têtes des secteurs aubagés définissent une structure annulaire externe du distributeur 16 alors que l’ensemble des pieds définissent une structure annulaire interne de ce distributeur 16. Complémentairement, ce distributeur 16 porte un élément annulaire d’étanchéité interne 18 formé et qui est pourvu à sa face radialement interne d’une couronne de matériau abradable 19 coopérant avec des léchettes telles que les léchettes 13 de la figure 2, pour former avec celles-ci une barrière étanche. Selon l’invention, l’élément annulaire d’étanchéité 18 est solidarisé aux secteurs aubagés par des liaisons linéaires annulaires orientées radialement pour assurer qu’il reste centré sur l’axe AX y compris lorsqu’il se dilate et se contracte sous l’effet des variations thermiques. Sur la figure 4, un secteur aubagé 17 comporte un pied 21 relié par quatre aubes 22, 23, 24, 25 à sa tête qui n’est pas représentée sur cette figure. Ce pied 21 a une forme d’arc annulaire ayant dans un plan passant par l’axe longitudinal AX une section dont la forme correspond à la lettre T. Il comporte plus particulièrement une plateforme 27 en forme de portion de tronc de cylindre, ou de tronc de cône, prolongée vers l’axe AX par une paroi radiale 28 rigidificatrice en forme de portion de couronne plane s’étendant selon un plan normal à l’axe AX. En d’autres termes, le pied 21 a une forme de profilé en T, qui s’étend sur une portion angulaire correspondant à l’étendue circonférentielle du secteur aubagé 17, autour de l’axe AX. L’élément annulaire d’étanchéité 18 qui s’étend autour de l’axe AX, comporte ici un montant annulaire 29 s’étendant sur 360° autour de l’axe AX, et qui présente une face radialement interne couverte d’un matériau abradable 19 s’étendant de façon sensiblement continue sur toute cette surface. Le montant annulaire 29 comporte une portion cylindrique 30 coaxiale à l’axe AX, pourvue d’un rebord central externe 31 en forme de couronne plane d’orientation normale à l’axe AX, la portion cylindrique 30 portant le matériau abradable 19 et le rebord central externe 31 étant en liaison avec la paroi radiale 28. Comme illustré sur la figure 4, lorsque l’ensemble est en place, le rebord 31 s’étend au droit de la paroi radiale 28. Plus précisément, le rebord central externe 31 de l’élément annulaire d’étanchéité 18 est lié à la paroi radiale 28 du pied 21 par une liaison linéaire annulaire 32 qui est formée par un doigt radial 33 prolongeant le rebord 31, qui est engagé dans un trou correspondant 34 pour coulisser dans celui-ci. Ce trou 34 s’étend lui aussi radialement par rapport à l’axe AX, en étant formé dans l’épaisseur de la paroi radiale 28. Plus particulièrement, et comme visible sur la figure 5, le doigt 33 comporte un corps 36 généralement cylindrique ayant un diamètre significativement inférieur à celui du trou 34, et qui est terminé par un bulbe 37 ayant un diamètre externe correspondant à celui du trou 34. La coopération du doigt 33 avec le trou 34 constitue ainsi une liaison linéaire annulaire, c’est-à-dire présentant quatre degrés de liberté. Comme représenté sur la figure 5, le doigt 33 et le trou 34 s’étendent selon une direction radiale repérée par AR. Plus concrètement, le doigt 33 engagé dans le trou 34 est ainsi libre de : – se translater le long de l’axe radial AR ; – tourner dans un plan contenant les axes AR et AX ; – tourner dans un plan normal à l’axe AX et contenant l’axe AR ; – tourner sur lui-même autour de l’axe AR. L’invention tire parti du degré de liberté en translation, qui permet à l’élément annulaire d’étanchéité 18 de se dilater et de se contracter sans s’excentrer par rapport à l’axe AX. Lorsque la température de l’élément annulaire d’étanchéité diminue par rapport à celle des secteurs aubagés, il peut se rétracter en restant centré sur l’axe AX, tout en établissant alors un jeu radial entre sa face externe et les pieds des secteurs aubagés. Lorsque la température de l’élément annulaire d’étanchéité augmente par rapport à celle des secteurs aubagés, il peut se dilater en diminuant le jeu radial séparant sa face radialement externe et les pieds de secteurs aubagés. Ainsi, la position radiale de l’élément annulaire d’étancheité 18 est moins impactée par les variations de température pouvant survenir dans la veine d’écoulement des gaz, assurant ainsi une meilleure maîtrise des jeux en fonctionnement. L’invention tire également parti du degré de liberté en rotation dans un plan passant par les axe AX et AR, qui autorise une inclinaison du secteur aubagé 17 par rapport à un plan normal à l’axe AX, cette inclinaison étant appelée basculement. Afin d’accroître le basculement maximal possible pour un secteur aubagé 17, le trou 34 présente une embouchure, repérée par 38 sur la figure 5, qui est évasée de façon à accroître l’inclinaison maximale possible du doigt 33 par rapport au trou 34. Par ailleurs, l’inclinaison maximale possible du doigt 33 est aussi conditionnée par l’écart de diamètre entre le corps 36 du doigt et le diamètre du trou 34 : l’inclinaison maximale est d’autant plus élevée que cet écart de diamètres est important. Dans l’exemple des figures, le bulbe 37 a une forme d’olive, mais d’autres formes bombées sont envisageables comme notamment une forme sphérique, voire une forme de disque, l’élément déterminant en ce qui concerne ce bulbe étant son diamètre externe qui correspond au diamètre nominal du trou 34. Complémentairement, un ressort hélicoïdal peut être engagé dans le trou 34 pour être interposé entre l’extrémité du doigt 33 et le fond du trou 34, de manière à être continuellement sollicité en compression, afin de limiter les vibrations du secteur aubagé et de l’élément annulaire d’étanchéité 18 lorsque l’ensemble est en service. Le nombre de liaisons linéaires annulaires est au minimum de trois, avantageusement réparties de façon régulière autour de l’axe AX, pour assurer un maintien centré de l’élément annulaire d’étanchéité 18 y compris lorsque son diamètre fluctue avec les variations thermiques. Autrement dit, grâce aux liaisons linéaires annulaires radiales, le montage de l’élément annulaire d’étanchéité est sensiblement isostatique. Lorsque le diamètre nominal de l’élément annulaire d’étanchéité 18 augmente par rapport au diamètre interne délimité par les pieds des secteurs aubagés, les différents doigts des liaisons coulissent radialement dans leurs trous respectifs sur sensiblement les mêmes courses, de sorte que le centrage de l’élément annulaire d’étanchéité 18 sur l’axe AX est conservé. D’une manière générale, le nombre de liaisons linéaires annulaires à mettre en œuvre est conditionné par la tenue mécanique requise pour l’élément annulaire d’étanchéité interne. Ce nombre de liaisons qui est au minimum de trois peut être augmenté pour prévoir par exemple une liaison linéaire annulaire de l’élément annulaire d’étanchéité avec chaque secteur aubagé composant le distributeur. En autorisant un basculement des secteurs aubagés par rapport à l’élément annulaire d’étanchéité, les liaisons linéaires annulaires simplifient le montage du distributeur en permettant son montage dit en bascule, comme illustré schématiquement sur les figures 6 et 7. Le montage du distributeur 16 consiste ainsi à le rapprocher dans son ensemble du disque aubagé adjaçent, repéré par 39 sur les figures 6 et 7, en le déplaçant le long de l’axe AX, l’ensemble constitué par les secteurs aubagés 17 et l’élément annulaire d’étanchéité 18 formant alors un tout. Ce rapprochement est effectué jusqu’à engager les têtes 41 des secteurs aubagés 17 dans les attaches correspondantes d’un carter 42 entourant l’ensemble. Comme illustré schématiquement sur la figure 7, une fois que les têtes 41 sont solidarisées au carter 42, le basculement des secteurs 17 autorisé par les liaisons 32 permet d’ajuster longitudinalement la position de l’élément annulaire d’étanchéité 18, pour le placer au droit de léchettes correspondantes 43 portées par le disque aubagé 39. Durant toute la phase de montage, l’élément annulaire d’étanchéité reste centré sur l’axe AX, indépendamment du basculement plus ou moins important des secteurs aubagés. Grâce à la conservation du centrage de l’élément annulaire d’étanchéité lors du montage, il reste concentrique avec les léchettes, ce qui permet de le translater aisément le long de l’axe AX autour de ces léchettes. Par ailleurs, les dillatations thermiques différentielles tendent aussi à provoquer un basculement des secteurs aubagés, de sorte que la présence des liaisons linéaires annulaires qui autorisent ce basculement permet de réduire les contraintes mécaniques subies par l’ensemble du distributeur dans tous les états thermiques du turboréacteur. Distributeur (16) de turbine, comportant des secteurs aubagés (17) agencés en formant une couronne autour d’un axe longitudinal (AX), chaque secteur aubagé (17) comportant une tête et un pied (21) reliés l’un à l’autre par au moins une aube (22-25), un élément annulaire d’étanchéité (18) entouré et porté par des pieds (21) de secteurs aubagés (17) et qui présente une face radialement interne couverte d’un matériau abradable (19), et au moins trois liaisons linéaires annulaires (32) orientées radialement par rapport à l’axe longitudinal (AX), chaque liaison linéaire annulaire (32) reliant l’élément annulaire d’étanchéité (18) à un pied (21) de secteur aubagé (17). 2. Distributeur selon la revendication 1, dans lequel chaque secteur aubagé (17) comporte une liaison linéaire annulaire (32), l’élément annulaire d’étanchéité (18) étant relié à chaque secteur aubagé (17) par une liaison linéaire annulaire (32) correspondante. 3. Distributeur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque liaison linéaire annulaire (32) comporte un doigt (33) comprenant un corps (36) portant un bulbe (37), et un trou correspondant (34) ayant un diamètre correspondant à celui du bulbe (37), le bulbe (37) étant coulissant dans le trou (34). 4. Distributeur selon la revendication 3, dans lequel au moins un trou (34) présente une embouchure (38) évasée. 5. Distributeur selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le doigt (33) de chaque liaison annulaire (32) est porté par l’élément annulaire d’étanchéité (18) et dans lequel le trou correspondant (34) est formé dans un pied (21) de secteur aubagé (17). 6. Distributeur selon l’une des revendications 4 à 5, comprenant au moins un pied (21) de secteur aubagé (17) pourvu d’une paroi radiale (28) dans laquelle est formé un trou (34) d’une liaison linéaire annulaire (32), ce trou (34) s’étendant radialement. 7. Distributeur selon l’une des revendications 3 à 6, dans lequel chaque bulbe (37) est situé en extrémité libre d’un corps (36) de doigt (33) correspondant. 8. Distributeur selon l’une des revendications 3 à 7, comportant au moins un ressort hélicoïdal engagé dans un trou (34) d’une liaison linéaire annulaire (32) et disposé entre une extrémité de doigt (33) correspondant et le fond du trou (34). 9. Turbine de turbomachine comprenant un distributeur selon l’une des revendications 1 à 8. 10. Turbomachine comprenant une turbine selon la revendication 9.