Brevet FR3126020A1 — publié le 20230210

Ch emise de refroidissement d e pale creuse de d i stribut e ur Chemise de refroidissement (26) pour une pale creuse de distributeur de turbine de turbomachine, comportant : - un corps principal (30) comportant un conduit d’admission central définissant une première zone de circulation d’air de ventilation et relié à des faces extrados et intrados comportant au moins deux rangées de perçages (37) par deux parois de séparation définissant des deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation, , - une plaquette externe (38) comportant des premier, deuxième et troisième orifices pour admettre l’air de ventilation respectivement dans les première, deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation, et - une plaquette interne (40) comportant une ouverture centrale pour évacuer l’air de la première zone de circulation d’air de ventilation, les plaquettes externe et interne étant solidarisées par brasage respectivement au corps principal pour former un ensemble monobloc à trois zones de circulation d’air de ventilation indépendantes et étanches les unes des autres, avant son montage dans la pale creuse du distributeur. Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Chemise de refroidissement de pale creuse de distributeur La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines aéronautiques et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs, et elle concerne plus particulièrement les pales creuses de distributeur d'un moteur à turbine à gaz comportant une chemise de refroidissement. Une turbine d'un moteur à turbine à gaz comporte classiquement une ou plusieurs rangées d'aubes mobiles de turbine espacées de façon circonférentielle tout autour du rotor de la turbine. Elle comprend également un distributeur comportant généralement une pluralité d'aubes fixes ou directrices qui s'étendent sensiblement radialement entre des plateformes annulaires coaxiales radialement externe et radialement interne et qui sont espacées de façon circonférentielle les unes par rapport aux autres. Ces aubes fixes de distributeur, permettant de diriger le flux de gaz de veine vers les aubes mobiles de turbine situées en aval du distributeur à un angle et à une vitesse appropriée afin d'entraîner en rotation les aubes mobiles et le rotor de la turbine, sont donc directement en contact avec les gaz chauds issus de la chambre de combustion et sont soumises à de fortes températures. Elles nécessitent donc d'être refroidies et, pour pouvoir assurer un refroidissement efficace d'une aube fixe de distributeur, il est souhaitable d’avoir un dispositif de refroidissement qui soit thermiquement efficace pour permettre de dissiper une puissance thermique élevée par utilisation d'un débit d'air modéré. De plus, il est souhaitable que ce dispositif de refroidissement soit étanche pour assurer que l'air mobilisé est uniquement dédié au refroidissement de l'aube. En effet, plus l'étanchéité du dispositif de refroidissement est élevée, plus son efficacité globale est grande, celle-ci étant une fonction croissante de l'étanchéité et de l'efficacité thermique du dispositif de refroidissement. Il est connu par exemple avec la demande FR2976616 déposée au nom de la demanderesse de recourir à un système de ventilation comprenant une chemise tubulaire en tôle multi-perforée pour refroidir la pale creuse d’un distributeur par des impacts d'air de refroidissement traversant les orifices ménagés dans les parois de la chemise. Cet air prélevé en amont s’écoule ensuite vers l’aval où il est évacué dans la veine de gaz par des perforations prévues le long de la paroi du bord de fuite de la pale. Il est à noter que la face interne de la paroi de la pale peut éventuellement être pourvue d’éléments perturbateurs d’écoulement qui favorisent les échanges thermiques entre l’air circulant entre la chemise et la paroi de la pale. Au montage, la chemise qui a été préalablement mise en forme et munie d’une douille d’entrée d’air et d’une plaquette de fermeture pour former un ensemble monobloc, est glissée dans la cavité interne de la pale creuse du distributeur à travers l’ouverture ménagée dans la plateforme annulaire radialement externe. La chemise est ensuite rendue solidaire de la pale par soudage ou brasage le long de son bord en contact avec la paroi de l’ouverture ménagée dans cette plateforme annulaire radialement externe. La partie opposée de la chemise est simplement guidée dans l’ouverture ménagée dans la plateforme annulaire radialement interne de la pale qui forme une glissière pour autoriser les déplacements relatifs entre la pale et la chemise. Ces déplacements longitudinaux sont dus aux variations de température pendant le fonctionnement de la turbomachine et au fait que les deux pièces sont différentes par la nature des matériaux qui les constituent et leur mode de fabrication. Cette solution si elle donne globalement satisfaction accorde toutefois peu d’importance à la bonne alimentation en air des orifices de la chemise situés près du bord d’attaque des pales du distributeur et à la robustesse de l’alimentation en air des cavités inter-disques de la turbine. En effet, l’intérieur de la chemise n’est constitué que d’une unique cavité alimentant tous les orifices de la chemise. Dans un tel dispositif, l’air va préférentiellement vers les circuits et/ou orifices où la pression est la plus faible. Ainsi, dès que l’air va pénétrer dans la chemise par la douille d’entrée d’air, celui-ci va en priorité aller vers les orifices de la chemise situés le plus près des perforations prévues le long de la paroi du bord de fuite de la pale du distributeur, désalimentant de ce fait les perforations situées à proximité du bord d’attaque du distributeur et les cavités inter-disques, entrainant une perte de robustesse en étanchéité et refroidissement de ces mêmes cavités. La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une chemise de refroidissement destinée à être montée dans une pale creuse de distributeur d’une turbomachine qui permette une meilleure répartition du débit d’air de ventilation admis dans la chemise. Un but est aussi de fournir une partie de ce débit d’air de ventilation vers d’autres organes de la turbomachine, notamment vers les cavités inter-disques d’une turbine, afin de les étancher et de refroidir les disques de turbine. Un autre but est encore de proposer un procédé d’assemblage d’un distributeur de turbine qui soit économiquement avantageux avec un coût de production le plus faible possible. Ces buts sont atteints par une chemise de refroidissement pour une pale creuse de distributeur de turbine d’une turbomachine, comportant : - un corps principal s’étendant selon une direction radiale entre une extrémité radialement interne et une extrémité radialement externe et comportant des faces extrados et intrados et un conduit d’admission central définissant une première zone de circulation d’air de ventilation et relié à ces deux faces par deux parois de séparation définissant des deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation, chacune des faces extrados et intrados comportant au moins deux rangées de perçages pour évacuer l’air de ventilation des deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation, - une plaquette externe disposée à l’extrémité radialement externe du corps principal, la plaquette externe comportant des premier, deuxième et troisième orifices pour admettre l’air de ventilation respectivement dans les première, deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation, et - une plaquette interne disposée à l’extrémité radialement interne du corps principal, la plaquette interne comportant une ouverture centrale pour évacuer l’air de la première zone de circulation d’air de ventilation, les plaquettes externe et interne étant solidarisées par brasage au corps principal pour former un ensemble monobloc à trois zones de circulation d’air de ventilation indépendantes et étanches les unes des autres, avant son montage dans la pale creuse du distributeur de turbine. De préférence, le corps principal et les plaquettes externe et interne sont réalisées en fabrication additive et les perçages sont réalisés en électroérosion par enfonçage ou au laser. Avantageusement, le premier orifice comporte une section qui, rapportée au nombre de pales, est plus grande que la somme des sections des injecteurs assurant les débits d’air de ventilation en aval, et les deuxième et troisième orifices d’admission d’air de ventilation comportent chacun une section qui est inférieure à la somme des sections des perçages assurant respectivement l’évacuation de l’air de ventilation des deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation. La présente invention concerne également un distributeur de turbine de turbomachine comportant deux plateformes annulaires coaxiales entre lesquelles s’étendent des pales creuses sensiblement radiales comportant chacune une chemise de refroidissement telle que précitée. La présente invention concerne encore une turbomachine aéronautique, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant un distributeur de turbine tel que précité. Enfin, la présente invention concerne un procédé d’assemblage d’une chemise de refroidissement de pale creuse de distributeur de turbine d'une turbomachine, caractérisé en ce qu’il consiste à : réaliser un corps principal s’étendant selon un axe radial entre une extrémité radialement externe et une extrémité radialement interne et comportant des faces extrados et intrados et un conduit d’admission central définissant une première zone de circulation d’air de ventilation et relié à ces deux faces par deux parois de séparation définissant des deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation ; réaliser une plaquette externe comportant des premier, deuxième et troisième orifices pour admettre l’air de ventilation respectivement dans les première, deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation ; réaliser une plaquette interne comportant une ouverture centrale pour évacuer l’air de ventilation de la première zone de circulation d’air de ventilation ; usiner au moins deux rangées de perçages sur chacune des faces extrados et intrados du corps principal pour évacuer l’air de ventilation des deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation ; et solidariser par brasage les plaquettes externe et interne au corps principal pour former un ensemble monobloc à trois zones de circulation d’air de ventilation indépendantes et étanches les unes des autres, avant son montage dans la pale creuse du distributeur de turbine. De préférence, les faces extrados et intrados constituant la forme externe du corps principal sont configurées pour épouser une cavité interne de la pale creuse du distributeur. Avantageusement, les surfaces de contact entre le corps principal et chacune des plaquettes externe et interne et les surfaces externes et internes du corps principal sont en outre polies avant leur solidarisation en ledit ensemble monobloc. De préférence, le matériau métallique présente une épaisseur d’au moins 0.5 mm. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur les lesquels : la est une vue schématique en perspective d’un secteur de distributeur de turbine destiné à recevoir dans chacune de ses pales creuses une chemise de refroidissement selon l’invention, la est une vue externe en perspective d’une chemise de refroidissement selon l’invention destinée à être montée dans chacune des pales creuses du distributeur de turbine de la , la détaille les parties supérieure et intérieure de la chemise de la , la détaille les parties inférieure et intérieure de la chemise de la , et la est une vue en coupe de la chemise de refroidissement montée dans la cavité interne de la pale creuse du distributeur de turbine de la . Chemise (26) de refroidissement pour une pale creuse de distributeur de turbine (10) d’une turbomachine, comportant : - un corps principal (30) s’étendant selon une direction radiale entre une extrémité radialement externe et une extrémité radialement interne et comportant des faces extrados (30a) et intrados (30b) et un conduit d’admission central (32) définissant une première zone de circulation d’air de ventilation (34a) et relié à ces deux faces par deux parois de séparation (36a, 36b) définissant des deuxième (34b) et troisième (34c) zones de circulation d’air de ventilation, chacune des faces extrados et intrados comportant au moins deux rangées de perçages (37) pour évacuer l’air de ventilation des deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation, - une plaquette externe (38) disposée à l’extrémité radialement externe du corps principal, la plaquette externe (38) comportant des premier (38a), deuxième (38b) et troisième (38c) orifices pour admettre l’air de ventilation respectivement dans les première (34a), deuxième (34b) et troisième (34c) zones de circulation d’air de ventilation, et - une plaquette interne (40) disposée à l’extrémité radialement interne du corps principal, la plaquette interne (40) comportant une ouverture centrale (40a) pour évacuer l’air de la première zone de circulation d’air de ventilation (34a), les plaquettes interne et externe étant solidarisées par brasage au corps principal (30, 32, 36a, 36b) pour former un ensemble monobloc à trois zones de circulation d’air de ventilation indépendantes et étanches les unes des autres, avant son montage dans la pale creuse (16) du distributeur de turbine (10). Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps principal (30, 32, 36a, 36b) et les plaquettes externe (38) et interne (40) sont réalisées en fabrication additive et les perçages (37) sont réalisés en électroérosion par enfonçage ou au laser. Chemise de refroidissement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le premier orifice (38a) comporte une section qui, rapportée au nombre de pales du distributeur, est supérieure à la somme des sections des injecteurs assurant les débits d’air de ventilation en aval. Chemise de refroidissement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les deuxième (38b) et troisième (38c) orifices d’admission d’air de ventilation comportent chacun une section qui est inférieure à la somme des sections des perçages assurant respectivement l’évacuation de l’air de ventilation des deuxième (34b) et troisième (34c) zones de circulation d’air de ventilation. Distributeur de turbine (10) de turbomachine comportant deux plateformes annulaires coaxiales (12, 14) entre lesquelles s’étendent des pales creuses (16) sensiblement radiales comportant chacune une chemise de refroidissement selon l’une quelconque des revendications 1 à 4. Turbomachine aéronautique, telle qu’un turboréacteur ou turbopropulseur d’avion, comportant au moins un distributeur de turbine selon la revendication 5. Procédé d’assemblage d’une chemise de refroidissement (26) de pale creuse (16) de distributeur de turbine (10) d'une turbomachine, caractérisé en ce qu’il consiste à : réaliser un corps principal (30) s’étendant selon une direction radiale entre une extrémité radialement externe et une extrémité radialement interne et comportant des faces extrados (30a) et intrados (30b) et un conduit d’admission central (32) définissant une première zone de circulation d’air de ventilation (34a) et relié à ces deux faces par deux parois de séparation (36a, 36b) définissant des deuxième (34b) et troisième (34c) zones de circulation d’air de ventilation ; réaliser une plaquette externe (38) comportant des premier (38a), deuxième (38b) et troisième (38c) orifices pour admettre l’air de ventilation respectivement dans les première, deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation ; réaliser une plaquette interne (40) comportant une ouverture centrale (40a) pour évacuer l’air de ventilation de la première zone de circulation d’air de ventilation ; usiner au moins deux rangées de perçages (37) sur chacune des faces extrados et intrados du corps principal pour évacuer l’air de ventilation des deuxième et troisième zones de circulation d’air de ventilation ; et solidariser par brasage les plaquettes externe (38) et interne (40) au corps principal (30, 32, 36a, 36b) pour former un ensemble monobloc à trois zones de circulation d’air de ventilation indépendantes et étanches les unes des autres, avant son montage dans la pale creuse (16) du distributeur de turbine (10). Procédé d’assemblage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les faces extrados (30a) et intrados (30b) constituant la forme externe du corps principal sont configurées pour épouser une cavité interne (24) de la pale creuse (16) du distributeur (10). Procédé d’assemblage selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que les surfaces de contact entre le corps principal et chacune des plaquettes externe (38) et interne (40) et les surfaces externes et internes du corps principal (30, 32, 36a, 36b) sont en outre polies avant leur solidarisation en ledit ensemble monobloc. Procédé d’assemblage selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le corps principal et les plaquettes externe et interne sont imprimés en un matériau métallique présentant une épaisseur d’au moins 0.5 mm.