Brevet FR3120250A1 — publié le 20220902

Le sous-ensemble de turbomachine comprend : - au moins un distributeur de turbine basse pression, le distributeur comprenant un pied (38) d'une seule pièce avec le distributeur, - une pince (40) configurée pour fixer le pied à un carter de la turbomachine, et - au moins deux patins (150) interposés entre le pied et la pince, chaque patin étant assemblé par complémentarité de forme avec l'un parmi le pied et la pince. Figure pour l’abrégé : Figure 2 Distributeur de turboréacteur d'aéronef DOMAINE DE L’INVENTION L'invention concerne les turbomachines telles que les turboréacteurs d'aéronef. ETAT DE LA TECHNIQUE On connait des turboréacteurs d'avions à double-flux comprenant 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 récupère une partie de l'énergie issue de la combustion des gaz pour le fonctionnement de la soufflante, du compresseur et des accessoires. Les pièces constitutives de la turbine basse pression comprennent les aubes mobiles et les distributeurs basse pression. Les gaz se détendent dans le distributeur basse pression. Celui-ci accélère l'écoulement et le dévie. Cet écoulement fait tourner le rotor de la turbine qui forme une roue mobile. Cette invention entre dans le cadre de la résolution d’un problème récurrente observé sur le distributeur situé au premier étage de la turbine basse pression. Le distributeur est formé par des éléments disposés en succession suivant la direction circonférentielle autour de l'axe. En effet, la particularité de chaque élément est qu'il est maintenu par le dessus et par le dessous. Le problème concerne sa partie inférieure (c'est-à-dire le dessous de plateforme inférieure), et plus précisément, le pied ou la jambe de l'élément de distributeur. Ce pied sert au maintien de la pièce en étant pincé. Or d’une part ce contact génère une usure par frottement (ou fretting en anglais), d’autre part, la zone est exposée en fonctionnement à un risque de corrosion de type 2 par du souffre. Ainsi, les deux se combinent pour générer une corrosion de contact qui peut fortement dégrader la pièce. On a ainsi observé de nombreuses pustules de corrosion sur le pied de l'élément de distributeur, à la fois en flotte et pendant un essai d’endurance. En flotte une telle situation aboutit à la dépose du moteur. En essai d’endurance, 17% des pièces ont permis d'observer des cas d’apparition de corrosion en pied d'élément de distributeur, une fois réalisé l’équivalent de 6 200 cycles d’endurance. Pour éviter la corrosion, on peut envisager d'ajouter un revêtement sur la pièce. Cependant, ce revêtement ne tient pas sur une longue durée dans la zone à cause du frottement. Les fabricants de moteur souhaitent garantir le fonctionnement des pièces et réduire les déposes de moteurs. Lors des inspections des moteurs, l'usure entraine le remplacement de pièces coûteuses. En outre, la durée de l'opération n’est pas négligeable (par exemple par nécessité de démontage d’un module de turbine entière pour remplacer une pièce, puis le remontage). Un but de l'invention est donc de faciliter la maintenance des turbomachines et d'en réduire les coûts, face à ce phénomène de corrosion de contact. A cet effet, on prévoit selon l'invention un sous-ensemble de turbomachine, le sous-ensemble comprenant, - au moins un distributeur de turbine basse pression, le distributeur comprenant un pied d'une seule pièce avec un corps du distributeur, - une pince configurée pour fixer le pied à un carter de la turbomachine, et - au moins deux patins interposés entre le pied et la pince, chaque patin étant assemblé par complémentarité de forme avec l'un parmi le pied et la pince. Ainsi, c'est le patin, et non plus le pied, qui est en contact avec la pince. Le patin protège donc le pied du frottement et de la corrosion de contact. Si le patin vient à être abimé ou usé, il suffit de le remplacer par un patin neuf, ce qui est moins couteux que de remplacer l'élément de distributeur lui-même. L'invention évite donc l’effet couplé d’usure et de corrosion. Si le pied est recouvert d'un revêtement anticorrosion, il protège ce dernier dans la zone de contact. L'invention permet non pas d’éviter l’usure, mais de faire en sorte de la contrôler rapidement tout en évitant la combinaison aggravante avec la corrosion, et de remplacer rapidement la partie usée. Elle permet de réduire les coûts de maintenance puisqu'il y a moins de pièces à changer et moins de dépose de turbine. Elle permet aussi d’améliorer la performance de la machine car, lors d'une inspection, la mise en place d'un nouveau patin assure moins de fuite. Elle permet donc de contrôler un phénomène qui était jusque-là subi sur les aubages. On peut prévoir que chaque patin est assemblé par complémentarité de forme avec le pied ou avec la pince. On peut prévoir que chaque patin est formé d'un matériau différent d'un matériau du pied, par exemple un stellite, ou encore d'un matériau, tel que du carbone ou du graphite, moins dur qu'un matériau du pied. On peut aussi prévoir que chaque patin est formé d'un matériau identique à un matériau du pied. Le sous-ensemble pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - la pince est dépourvue de mors et présente des faces principales en contact avec les patins ; - les patins constituent des mors de la pince ; - il comprend au moins un relief, par exemple au moins deux reliefs, sur l'un parmi le pied et la pince configuré pour pénétrer dans une cavité de l'autre parmi le pied et la pince ; - le ou chaque relief a une forme de parallélépipède rectangle ; - les patins sont au nombre de deux ; - les patins sont au nombre de quatre, le pied présentant deux faces, chaque face étant en contact directement avec deux des patins, les deux patins en contact direct avec chaque face étant par exemple espacés l'un de l'autre ; - chaque patin présente un témoin d'usure ; - la pince comprend des mors en contact avec les patins ; - les patins sont fixés directement à des mors de la pince ; - chaque patin s'étend exclusivement en regard du pied ; et - le pied porte un revêtement anti-corrosion. On prévoit aussi selon l'invention une turbomachine telle qu'un turboréacteur d'aéronef, comprenant un sous-ensemble selon l'invention. On prévoit par ailleurs selon l'invention un procédé de fabrication d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur d'aéronef, dans lequel : - on assemble deux patins par complémentarité de forme avec l'un parmi un pied d'un distributeur de turbine basse pression et une pince, le pied étant d'une seule pièce avec un corps du distributeur, - on fixe la pince au pied de sorte que les patins sont interposés entre le pied et la pince, et - on fixe la pince à un carter de la turbomachine. On prévoit enfin selon l'invention un procédé de maintenance d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur d'aéronef, dans lequel : - on démonte un premier patin interposé entre un pied d'un distributeur de turbine basse pression et une pince configurée pour fixer le pied à un carter de la turbomachine, le pied étant d'une seule pièce avec un corps du distributeur, - on assemble un deuxième patin à la place du premier par complémentarité de forme avec l'un parmi le pied et la pince, et - on fixe la pince au pied de sorte que le deuxième patin est interposé entre le pied et la pince. DESCRIPTION DES FIGURES Nous allons maintenant présenter un mode de réalisation de l'invention à titre d'exemple non-limitatif à l'appui des dessins sur lesquels : la est une vue en demi-coupe axiale d'un turboréacteur d'avion formant une machine selon l'invention ; la est une vue à plus grande échelle d'une partie du turboréacteur de la ; la est une vue en perspective d'un distributeur de la machine de la ; les figures 4 à 6 sont des vues montrant la fixation du distributeur de la au carter de la machine ; les figures 7 et 8 sont des vues de côté et en perspective montrant la fixation du pied du distributeur au carter dans un premier mode de réalisation de l'invention ; les figures 9 à 11 sont des vues analogues montrant un deuxième mode de réalisation ; la illustre une variante de réalisation ; et les figures 13 à 16 sont des vues analogues aux figures 7 et 8 illustrant deux autres modes de réalisation. La illustre un turboréacteur 1 d'aéronef selon l'invention. Il s’agit d’un turboréacteur formant ici une turbomachine à double flux et double corps. La turbomachine présente un axe principal X-X. Elle comprend d'amont en aval, donc de gauche à droite sur la , une soufflante 2, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 8, une turbine haute pression 10 et une turbine basse pression 12. Ces organes ont des parties mobiles à rotation autour de l’axe X-X. Les compresseurs 4, 6, la chambre de combustion 8 et les turbines 10, 12 définissent une veine principale d'écoulement d'air. Une nacelle 16 entoure la soufflante 2 de façon à former un compartiment de soufflante et à définir une veine secondaire d'écoulement d'air. De manière classique, un flux d'air qui pénètre dans la turbomachine au niveau d'une entrée d'air est comprimé, puis est mélangé à du carburant et brûlé dans la chambre de combustion 8, les gaz de combustion permettant d'entraîner en rotation un ou plusieurs rotors de turbine autour de l'axe. Par exemple la turbine haute pression 10 entraine le compresseur haute pression 6, et la turbine basse pression 12 entraine le compresseur basse pression 4 et la soufflante 2. Les termes amont et aval se rapportent au sens général de circulation de l'air dans la turbomachine de son entrée à sa sortie. La partie fixe de la turbomachine comprend notamment un carter, par exemple un carter inter-turbine 22, qui est un carter intermédiaire interposé entre les turbines haute pression et basse pression logées dans leurs carters respectifs. Chacune des turbines haute et basse pression comprend une pluralité d'étages chacun avec un distributeur fixe par rapport au carter, recevant un flux de gaz et le redressant pour l'appliquer sur une roue mobile tournant dans un sens donné. On s'intéresse dans la suite au distributeur basse pression 24 disposé en entrée de la turbine basse pression 12, c'est-à-dire le distributeur amont de cette turbine. Il est disposé en aval d'un redresseur du fluide de la turbine haute pression 10 (ou carter TCF pour l'anglais Turbine center frame ), par exemple directement en aval du redresseur, ou en aval d'une roue disposée elle-même en aval du redresseur. Le distributeur 24 correspond donc au premier étage d'aubes fixes de la turbine basse pression. Alternativement, le distributeur 24 peut être disposé vers l'aval de la turbine basse pression, ou au niveau d'une autre turbine. Le distributeur 24 a une forme annulaire centré sur l'axe X-X. Il est formé de secteurs ou éléments 25 de distributeur. En référence à la , chaque élément 25 comprend un corps ayant une plate-forme intérieure (ou inférieure) 32 ou virole interne, une plate-forme supérieure (ou extérieure) 34 ou virole externe et plusieurs pales 36 s'étendant suivant la direction radiale entre les plates-formes 32, 34 et reliées à celles-ci. La plate-forme supérieure 34 est plus éloignée de l'axe que la plate-forme inférieure 32. Du côté extérieur de la plate-forme supérieure 34, l'élément 25 de distributeur est relié au carter par des moyens classiques qui ne seront pas détaillés. Du côté intérieur de la plate-forme intérieure 32, l'élément 25 de distributeur se prolonge par un pied 38 s'étendant en saillie de la plate-forme suivant la direction radiale. Le pied a une forme plate située dans un plan perpendiculaire à l'axe, comme le montre notamment la . Le pied est d'une seule pièce avec le corps de l'élément 25 de distributeur. Le pied porte un revêtement anti-corrosion connu en lui-même. La machine comprend aussi pour chaque élément 25 de distributeur une pince 40 configurée pour fixer le pied 38 au carter 22. Comme illustré notamment à la , cette pince comprend deux branches 42 présentant deux faces principales 44 en regard l'une de l'autre. Elle est adaptée pour serrer le pied entre les deux branches suivant la direction de l'axe X-X. La pince 40 est reliée au carter inter-turbine au moyen d'un flasque annulaire 46. Le flasque est donc configuré pour être connecté de manière solidaire à la partie fixe de turbomachine et au pied 38 de l'élément de distributeur. Par connexion solidaire entre deux organes, on entend ici que la connexion est telle qu'un mouvement de l'un des organes selon un degré de liberté implique le même mouvement de l'autre selon le même degré de liberté. La connexion solidaire est par exemple une fixation. Cette connexion assure le maintien du pied 38 de l'élément 25 de distributeur. Cette connexion peut également permettre de séparer l'amont et l'aval d'une zone sous le pied 38. Le flasque 46 est ainsi configuré pour séparer l'amont et l'aval d'une zone sous le pied 38 de sorte à empêcher toute circulation fluidique sous le pied. Il s'étend de sorte à séparer une chambre amont et une chambre aval disposées respectivement en amont et aval du pied 38. La chambre amont est ménagée entre le carter inter-turbine et le flasque. Ainsi, le flasque, étanche, permet par exemple d'éviter une circulation d'air chaud sur certains organes disposés en aval, typiquement des disques de turbine. Le flasque est adapté pour limiter un transfert de chaleur par convection, conduction et/ou rayonnement de la chambre amont, en particulier du fluide de veine vers le flasque. La pince 40 forme un logement autorisant un débattement radial relatif de la pince et du pied lors du fonctionnement sans risquer le délogement du pied hors de la pince 8. La pince limite leur déplacement relatif en translation selon l'axe X-X. Nous allons maintenant présenter plusieurs modes de réalisation de la coopération du pied avec la pince. Premier mode de réalisation Ce mode de réalisation est illustré sur les figures 7 et 8. Le pied porte ici quatre patins 150. Sur la , deux des patins sont cachés par les patins au premier plan. Sur la , deux des patins sont cachés par le pied. Les patins ont chacun ici une forme de bande ou de rail. Les bandes ont leurs directions longitudinales qui sont parallèles entre elles et proches de la direction radiale. Le pied présentant deux faces opposées 52. Chacune d'elle est en contact directement avec deux des patins 150. Sur chaque face, les deux patins en contact direct avec la face sont espacés l'un de l'autre suivant la direction circonférentielle à l'axe X-X, comme le montre la . Chaque patin 150 est assemblé par complémentarité de forme avec le pied 38. Par exemple, chaque patin comprend trois reliefs s'étendant en saillie d'une face du patin en contact avec le pied, comme illustré à la à l'appui du deuxième mode. Les reliefs sont configurés pour pénétrer dans des cavités respectives du pied prévues à cette fin. On peut aussi prévoir à l'inverse que les reliefs se trouvent sur la pince et les cavités dans le pied. Chaque patin 150 est interposé entre le pied et la pince, comme illustré. Chaque branche de la pince est donc en appui sur le pied par un mors de la branche en étant en contact exclusivement avec les deux pieds. Les patins forment donc un supplément de matière de part et d’autre du pied pour accueillir la pince. Le frottement se produit donc sur ces bandes qui peuvent s’user et sont réparables par la suite. Chaque patin 150 peut être formé du même matériau que l'élément 25 de distributeur, par exemple en alliage métallique. Il peut aussi être formé d'un matériau différent d'un matériau du pied, par exemple un stellite. Un stellite est un alliage métallique dont le composant principal est le cobalt et l'élément d'alliage principal le chrome. Il peut aussi contenir une petite quantité de tungstène ou de molybdène et une quantité petite mais importante de carbone. Un stellite offre une bonne résistance au frottement de contact. Lors de la fabrication du turboréacteur, on assemble les patins 150 par complémentarité de forme avec la pince. Puis on fixe cette dernière au pied de sorte que les patins sont interposés entre le pied et la pince et on fixe la pince au carter 22 au moyen du flasque. Le montage serré avec l’effort de la pince sur les patins assure leur maintien sur le pied. Lors de la maintenance du turboréacteur, si les patins 150 sont usés, on les démonte en les désolidarisant du pied. Puis on assemble des patins neufs à leur place par complémentarité de forme avec le pied, et on fixe la pince au pied de sorte que les nouveaux patins sont interposés entre le pied et la pince. Le remplacement peut aussi concerner seulement un des patins, ou plusieurs d'entre eux sans que ce soit la totalité. On peut prévoir que chaque patin présente un témoin d'usure, par exemple sous la forme d'un marquage 53 sur le flanc ou le champ du patin. Lorsque ce marquage est entamé ou disparait, c'est le signe que le patin doit être remplacé. Un tel témoin d’usure montre rapidement et efficacement si l’usure est acceptable ou non. Dans le cas où le patin est trop usé, il suffit de le remplacer en le désimbriquant et imbriquant un nouveau patin, comme expliqué. Grace à l'invention, le pied de l'élément de distributeur garde intact son revêtement anti-corrosion, et le frottement est maitrisé. Dans les modes de réalisation et la variante qui vont suivre, les organes communs ne seront pas décrits à nouveau. La description portera seulement sur les caractéristiques qui diffèrent. Deuxième mode de réalisation Ce mode de réalisation est illustré sur les figures 9 à 11. Cette fois, les patins 250 sont au nombre de deux. Cette caractéristique, indépendamment de celles qui vont suivre, pourrait être appliquée au premier mode de réalisation. Chaque patin 250 est cette fois assemblé par complémentarité de forme avec la pince 40, plus précisément dans les mors des branches de la pince. La montre les reliefs 60 de l'un des patins 250 en regard des cavités 62 destinées à les recevoir dans la pince. De plus, mais indépendamment de cela, chaque patin 250 est formé d'un matériau moins dur qu'un matériau du pied, tel que du carbone ou du graphite, un stellite ou équivalent. Ce matériau peut ainsi s'user ou s'effriter lors du frottement se produisant en fonctionnement, réduisant ainsi la force de friction de contact Ce mode présente l'avantage d'être plus facile à mettre en œuvre car sur la pince la quantité de matière à prévoir est inférieure. De plus, aucune modification du pied de l'élément 25 de distributeur n'est requise, et on ne risque pas de problème avec l’application du revêtement anti-corrosion sur le distributeur. En outre, la géométrie du pied est simplifiée puisqu'il n'est pas nécessaire d'y prévoir une ou plusieurs cavités. Variante Cette variante est illustrée à la . Elle se base sur le deuxième mode. Ici, le relief 60 est unique et a, indépendamment de cela, a une forme allongée de parallélépipède rectangle. La cavité 62 a une forme femelle complémentaire de cette forme mâle. Troisième mode de réalisation Ce mode de réalisation est illustré sur les figures 13 et 14. Dans ce mode de réalisation, les patins 350 sont au nombre de deux et se trouvent sur le pied. Chaque face 52 du pied porte un unique patin sous la forme ici d'une bande s'étendant suivant la direction circonférentielle à l'axe. La bande a une forme et une position qui correspondent à la zone d'appui de la pince sur chaque face 52. Indépendamment de cela, la pince est dépourvue de mors. Les faces principales 44 de ses branches 42 sont directement en contact avec les patins. On comprend en effet que dans une telle disposition les morts de la pince deviennent inutiles. Cette solution a pour avantage que la géométrie de la pince est simplifiée. Elle augmente aussi la surface d'appui de la pince sur chaque face et rend plus difficile le glissement entre le distributeur et le flasque. Elle réduit donc le frottement, décalant le moment nécessaire pour changer les patins. Quatrième mode de réalisation Ce mode de réalisation est illustré sur les figures 15 et 16. Cette fois, les patins 450, au nombre de deux, sont fixés à la pince et en constituent les mors en s'étendant en saillie des branches en direction du pied. On pourra apporter à l’invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. La solution est intéressante pour toutes les interfaces de contact entre deux pièces. Car cela entraine alors une usure d'au moins l'une des deux pièces et potentiellement l’apparition de corrosion. Par exemple, on pourrait envisager ce type de solution à la place des stellites dans les talons des roues mobiles. L'invention présente notamment pour avantage de permettre de remplacer les patins au cours du temps facilement. Sous-ensemble de turbomachine, le sous-ensemble comprenant, - au moins un distributeur (24) de turbine basse pression (12), le distributeur comprenant un pied (36) d'une seule pièce avec un corps du distributeur, - une pince (40) configurée pour fixer le pied à un carter (22) de la turbomachine, et - au moins deux patins (150-450) interposés entre le pied et la pince, chaque patin étant assemblé par complémentarité de forme avec l'un parmi le pied et la pince. Sous-ensemble selon la revendication précédente dans lequel chaque patin (150 ; 350) est assemblé par complémentarité de forme avec le pied (38). Sous-ensemble selon la revendication précédente dans lequel chaque patin (150 ; 350) est formé d'un matériau différent d'un matériau du pied (38), par exemple un stellite. Sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications 2 à 3 dans lequel la pince (40) est dépourvue de mors et présente des faces principales (44) en contact avec les patins (350). Sous-ensemble selon la revendication 1 dans lequel chaque patin (250 ; 450) est assemblé par complémentarité de forme avec la pince (40). Sous-ensemble selon la revendication précédente dans lequel chaque patin (250 ; 450) est formé d'un matériau, tel que du carbone ou du graphite, moins dur qu'un matériau du pied (38). Sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 dans lequel les patins (450) constituent des mors de la pince (40). Sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes qui comprend au moins un relief (60), par exemple au moins deux reliefs, sur l'un parmi le pied (38) et la pince (40) configuré pour pénétrer dans une cavité (62) de l'autre parmi le pied et la pince. Sous-ensemble selon la revendication précédente dans lequel le ou chaque relief (60) a une forme de parallélépipède rectangle. Sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les patins (250-450) sont au nombre de deux. Sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel les patins (150) sont au nombre de quatre, le pied (38) présentant deux faces (52), chaque face étant en contact directement avec deux des patins, les deux patins en contact direct avec chaque face étant par exemple espacés l'un de l'autre. Sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque patin (150-450) présente un témoin d'usure (53). Turbomachine telle qu'un turboréacteur (1) d'aéronef, comprenant un sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes. Procédé de fabrication d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur (1) d'aéronef, dans lequel : - on assemble deux patins (150-450) par complémentarité de forme avec l'un parmi un pied (38) d'un distributeur (24) de turbine basse pression (12) et une pince (40), le pied étant d'une seule pièce avec un corps du distributeur, - on fixe la pince (40) au pied de sorte que les patins sont interposés entre le pied (38) et la pince (40), et - on fixe la pince (40) à un carter (22) de la turbomachine. Procédé de maintenance d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur (1) d'aéronef, dans lequel : - on démonte un premier patin (150-450) interposé entre un pied (38) d'un distributeur (24) de turbine basse pression (12) et une pince (40) configurée pour fixer le pied à un carter (22) de la turbomachine, le pied étant d'une seule pièce avec un corps du distributeur, - on assemble un deuxième patin (150-450) à la place du premier patin par complémentarité de forme avec l'un parmi le pied (38) et la pince (40), et - on fixe la pince au pied de sorte que le deuxième patin est interposé entre le pied et la pince.