Brevet FR3127520A1 — publié le 20230331

L’invention concerne une turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine (10), la turbine comprenant un distributeur (30), une rangée annulaire d’aubes mobiles (40) montée en aval du distributeur (30), une première cavité de recirculation (60), une seconde cavité de recirculation (64) et une cavité de purge (62), une pièce d’étanchéité amont (50) montée sur le distributeur (30) et une pièce d’étanchéité aval (50) montée sur la rangée annulaire d’aubes mobiles (40). Figure de l’abrégé : Figure 4 TURBINE A GAZ HAUTE-PRESSION POUR TURBOMACHINE La présente description se rapporte à une turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine. Elle se rapporte également à une turbomachine comprenant une telle turbine à gaz. Classiquement, telle que représentée à la , une turbomachine 10 de type turboréacteur à double flux comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens de la circulation des gaz à l’intérieur de la turbomachine 10, une soufflante 14, un compresseur basse-pression 16, un compresseur haute-pression 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute-pression 22, une turbine basse-pression 24 et une tuyère d’échappement 26. Le compresseur basse-pression 16, le compresseur haute-pression 18, la chambre de combustion 20, la turbine haute-pression 22, la turbine basse-pression 24 et la tuyère d’échappement 26 sont agencés radialement à l’intérieur d’un carter 12 qui délimite, radialement vers l’extérieur, une veine annulaire 11 de la turbomachine 10 dans laquelle s’écoule les gaz de l’amont vers l’aval. Le compresseur haute-pression 14 et le compresseur basse-pression 18 sont respectivement reliés à une turbine haute-pression 22 et une turbine basse-pression 24 par un arbre 15, 17 respectif s’étendant selon l’axe longitudinal X de rotation des arbres de la turbomachine 10. Dans la suite, les qualificatifs d’orientation, tels que « longitudinal », « radial » et « circonférentiel » sont définis par référence à l’axe longitudinal. Par ailleurs, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine. La turbine haute-pression 22 comprend une pluralité d’étages, l’un d’entre eux étant partiellement représenté à la , comportant chacun un distributeur 30 et une roue mobile 40 montée en aval du distributeur 30. Le distributeur 30 comporte une plateforme annulaire interne 34 et une rangée annulaire d’aubes fixes 32. Chaque aube fixe 32 s’étend radialement dans la veine annulaire 11 et est reliée, radialement à l’intérieur à la plateforme annulaire interne 34. Le distributeur 30 comporte généralement une bride radiale annulaire 36 d’accrochage au carter 5. La roue mobile 40 comporte une rangée annulaire d’aubes mobiles 42 portée par un disque 41 comprenant une pluralité d’alvéoles sur sa périphérie externe, chacune recevant un pied 46 d’une aube 42. Chaque aube mobile 42 comprend en outre un secteur d’une plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40 depuis lequel s’étend une pale 42’ radialement vers l’extérieur à travers la veine annulaire 11. La plateforme annulaire interne 44 comporte ainsi une pluralité de secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe longitudinal X. La plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40 délimitent chacune, radialement vers l’intérieur, la veine annulaire 11. En fonctionnement, les gaz s’écoulant dans la veine annulaire 11 s’introduisent dans un espace formé longitudinalement entre la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40, ce qui réduit les performances de la turbomachine 10. Pour limiter ce phénomène, il est connu d’agencer, radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30, un becquet annulaire amont 47 de la plateforme annulaire interne 44 et un becquet annulaire aval 54 d’une pièce annulaire 50 d’étanchéité du carter 5. Ainsi, une chicane est formée dans l’espace longitudinal entre la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 44, limitant la fuite, radialement vers l’intérieur, des gaz s’écoulant dans la veine annulaire 11. Par ailleurs, un flux d’air de purge, prélevé dans le compresseur basse-pression 14 et/ou le compresseur haute-pression 16, est dirigé à travers une cavité annulaire de purge 62 vers l’espace formé longitudinalement entre la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 4. Ce flux d’air de purge permet ainsi de rediriger les gaz s’étant introduits dans la cavité de purge 62 vers la veine annulaire 11. Toutefois, cette solution ne présente pas entière satisfaction en ce que le prélèvement d’air pris au niveau du compresseur basse-pression 14 et/ou du compresseur haute-pression 16 diminue le rendement de la turbomachine 10. Par ailleurs, la réintroduction, dans la veine annulaire 11, de l’air de purge et des gaz s’étant introduit dans la cavité de purge 62 perturbe l’écoulement dans la veine annulaire 11, ce qui diminue également les performances de la turbomachine 10. Résumé La présente divulgation vient améliorer la situation. Il est proposé une turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine s’étendant autour d’un axe longitudinal, la turbine comprenant : - un distributeur comprenant une plateforme annulaire interne et une rangée annulaire d’aubes fixes, chaque aube fixe étant reliée, radialement vers l’intérieur, à la plateforme annulaire interne, - une rangée annulaire d’aubes mobiles montée en aval du distributeur, comportant un disque à partir duquel des aubes s’étendent radialement vers l’extérieur, - une pièce d’étanchéité amont appliquée contre une face aval du distributeur et une pièce d’étanchéité aval une face amont du disque de la rangée annulaire d’aubes mobiles, la pièce d’étanchéité aval comprenant un becquet amont agencé, au moins en partie, radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne du distributeur, la pièce d’étanchéité amont comprenant un premier becquet aval, agencé, en tout ou partie, radialement à l’intérieur du becquet amont de pièce d’étanchéité amont, le premier becquet aval formant une saillie radialement vers l’extérieur de la pièce d’étanchéité, une extrémité radialement externe dudit premier becquet aval étant agencée en vis-à-vis radial dudit becquet amont, formant ainsi une première cavité annulaire de recirculation qui est délimitée, longitudinalement, par le distributeur et le premier becquet aval, la pièce d’étanchéité amont comprenant un second becquet aval formant une saillie vers l’aval, le second becquet aval étant agencé radialement à l’intérieur du premier becquet aval, la pièce d’étanchéité aval comportant une face amont s’étendant radialement et dépourvue de becquet intercalé radialement entre lesdits premier becquet aval et second becquet aval de la pièce d’étanchéité amont, formant ainsi une seconde cavité annulaire de recirculation qui est délimitée par lesdits premier becquet aval et second becquet aval de la pièce d’étanchéité amont et par la face amont de la pièce d’étanchéité aval, une cavité annulaire de purge étant délimitée entre le distributeur et la rangée annulaire d’aubes mobiles et située radialement à l’intérieur de la seconde cavité annulaire de recirculation, un flux d’air de purge ou un flux de gaz étant apte à s’écouler entre une veine annulaire située radialement à l’extérieur de la plateforme interne du distributeur et la première cavité annulaire de circulation, au travers d’un jeu entre la plateforme interne et le becquet amont, entre la première cavité de recirculation et la seconde cavité de recirculation, au travers d’un jeu entre le premier becquet aval et le becquet amont, et entre la seconde cavité de recirculation et la cavité de purge, au travers d’un jeu entre le second becquet aval et la pièce d’étanchéité aval. L’agencement du premier becquet aval délimitant la première cavité annulaire de recirculation permet la formation d’un tourbillon, ou vortex, des gaz de la veine annulaire qui s’introduisent dans la première cavité annulaire de recirculation, ces gaz se mélangeant avec un flux d’air de purge provenant de la seconde cavité annulaire de recirculation et de la cavité annulaire de purge. Un tel tourbillon permet, d’une part, de limiter, voire d’empêcher, les gaz de la veine annulaire de s’écouler davantage radialement vers l’intérieur, et d’autre part, de réorienter ces gaz vers la veine annulaire. En d’autres termes, le tourbillon fait obstacle à un écoulement, radialement vers l’intérieur, des gaz provenant de la veine annulaire. Les gaz provenant de la veine annulaire s’introduisant dans la première cavité annulaire de recirculation sont ainsi avantageusement majoritairement contenus dans la première cavité annulaire de recirculation. La seconde cavité annulaire de recirculation permet également la formation d’un tourbillon, ou vortex, des gaz issus de la première cavité annulaire de recirculation qui s’introduisent dans la secondaire cavité annulaire de recirculation, ces gaz se mélangeant avec un flux d’air de purge provenant de la cavité annulaire de purge. Comme précédemment, un tel tourbillon permet, de limiter, voire d’empêcher, les gaz de s’écouler davantage radialement vers l’intérieur, et d’autre part, de réorienter ces gaz vers la première cavité annulaire de recirculation. En d’autres termes, le tourbillon fait ici obstacle à un écoulement, radialement vers l’intérieur, des gaz provenant de la première cavité annulaire de recirculation. Les gaz provenant de la première cavité annulaire de recirculation s’introduisant dans la seconde cavité annulaire de recirculation sont ainsi avantageusement majoritairement contenus dans la secondaire cavité annulaire de recirculation. Ainsi, on diminue la quantité de gaz de la veine annulaire qui pénètre dans la cavité annulaire de purge. Par ailleurs, on réduit le débit d’air de purge nécessaire pour rediriger les gaz s’étant introduits dans les première et seconde cavités annulaires de recirculation vers la veine annulaire. Ainsi, les éléments de la rangée annulaire d’aubes mobiles sont mieux protégés. Aussi, la quantité d’air de purge prélevée dans le compresseur haute-pression et/ou le compresseur basse-pression est réduite, ce qui permet d’améliorer le rendement de la turbomachine. La caractéristique selon laquelle le premier becquet aval forme une saillie radialement vers l’extérieur de la pièce d’étanchéité équivaut, en d’autres termes, à ce que le premier becquet aval s’étend radialement vers l’extérieur depuis une partie annulaire de la pièce d’étanchéité. Le premier becquet aval peut s’étendre depuis une extrémité radialement externe de la partie annulaire de la pièce d’étanchéité. Par ailleurs, la caractéristique selon laquelle le second becquet aval forme une saillie vers l’aval de la pièce d’étanchéité équivaut, en d’autres termes, à ce que le second becquet aval s’étend longitudinalement vers l’aval depuis une partie annulaire de la pièce d’étanchéité. Dans le présent exposé, une pièce dite annulaire peut comprendre une pluralité de secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour d’un axe, notamment à 360° autour dudit axe. Bien entendu, une pièce dite annulaire peut également être monobloc, c’est-à-dire formée d’une seule pièce et non de secteurs. La première cavité annulaire de recirculation peut être délimitée radialement vers l’extérieur par une face radialement interne de la plateforme annulaire interne du distributeur. La première cavité annulaire de recirculation peut former un espace libre. En d’autres termes, la première cavité annulaire de recirculation peut être dépourvue de tout élément solide. De même, la seconde cavité annulaire de recirculation peut former un espace libre. En d’autres termes, la seconde cavité annulaire de recirculation peut être dépourvue de tout élément solide. Le jeu entre la plateforme interne et le becquet amont peut être un jeu annulaire s’étendant radialement. Ce jeu peut être compris entre 1 et 4.5 mm, . Le jeu entre le premier becquet aval et le becquet amont peut être un jeu annulaire s’étendant radialement. Ce jeu peut être compris entre 0.5 et 3 mm, . Le jeu entre le second becquet aval et la pièce d’étanchéité aval peut être un jeu annulaire s’étendant axialement. Ce jeu peut être compris entre 1.5 et 6 mm, . Le dimensionnement des jeux précités dépend de la turbomachine et peut être calculé sur les phases transitoires de fonctionnement de la turbomachine, en prenant en compte les déplacements axiaux et radiaux entre le rotor et le stator, pouvant aller du dixième de millimètre à quelques millimètres. Il est donc essentiel d’assurer un jeu minimum entre les parties stator et rotor afin d’éviter tout contact pendant le fonctionnement de la turbomachine. Le premier becquet aval peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe d’une partie annulaire de la pièce d’étanchéité amont, ladite première cavité annulaire de recirculation étant délimitée, radialement vers l’intérieur, par une face radialement externe de la partie annulaire de la pièce d’étanchéité amont, la face annulaire radialement externe de ladite partie annulaire présentant, en tout ou partie, une forme concave. La forme concave permet de favoriser encore la formation d’un vortex ou tourbillon au sein de la première cavité de recirculation. La pièce d’étanchéité amont peut comporter une surface concave reliant les premier et second becquets aval. Une telle surface concave permet de favoriser encore la formation d’un vortex ou tourbillon au sein de la seconde cavité de recirculation. Le premier becquet aval peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe d’une partie annulaire de la pièce d’étanchéité amont, le premier becquet aval comprenant une paroi tronconique évasée vers l’aval s’étendant depuis l’extrémité radialement externe et aval de la partie annulaire de la pièce d’étanchéité amont et une paroi radiale s’étendant radialement vers l’extérieur depuis une extrémité aval de ladite paroi tronconique. Le premier becquet aval peut comprendre une paroi longitudinale s’étendant en saillie vers l’aval depuis ladite paroi radiale. La paroi longitudinale du premier becquet aval permet de former une courbe supplémentaire dans le conduit reliant la cavité annulaire de recirculation et la cavité annulaire de purge. Ainsi, on augmente les pertes de charges des gaz s’écoulant dans le conduit reliant la cavité annulaire de recirculation et la cavité annulaire de purge. Cela permet de limiter davantage, voire d’empêcher, la propagation des gaz provenant de la veine annulaire vers la cavité annulaire de purge. Le premier becquet aval peut présenter une pluralité de trous, de préférence régulièrement répartis circonférentiellement autour de l’axe longitudinal. Cela permet de laisser passer un flux d’air de purge à travers les trous depuis la seconde cavité de recirculation vers la première cavité annulaire de recirculation, notamment au niveau où la pression des gaz dans la seconde cavité annulaire de recirculation est la plus élevée. On limite ainsi encore plus l’introduction des gaz provenant de la veine annulaire dans la première cavité annulaire de purge. La pluralité de trous peut être réalisée au travers de la paroi tronconique dudit premier becquet aval. Le second becquet aval peut être cylindrique, c’est-à-dire peut s’étendre longitudinalement vers l’aval. L’angle entre la paroi tronconique du premier becquet aval et le second becquet aval est compris entre 30 et 45°, préférentiellement entre 35 et 40°. Un tel angle favorise la formation de vortex ou tourbillons dans chacune des première et seconde cavités de recirculation. Le second becquet aval peut être agencé en vis-à-vis axial d’un renfoncement ou d’un décrochement ménagé dans la pièce d’étanchéité aval afin de garder un jeu axial minimum entre le second becquet aval et la pièce d’étanchéité aval. Un tel renfoncement ou décrochement permet de favoriser la formation d’un vortex ou tourbillon dans la seconde cavité de recirculation, et empêcher l’introduction de gaz chauds dans la cavité de purge. Le becquet amont peut présenter une face radialement externe qui est de forme tronconique à section diminuant vers l’amont s’étendant sur au moins une première portion longitudinale. Une telle forme permet de faciliter l’évacuation de l’air de purge et des gaz hors de la première cavité de recirculation vers la veine annulaire. Par ailleurs, une telle caractéristique permet d’adapter la direction dans laquelle les gaz mélangés dans la veine annulaire sont réintroduits dans la veine annulaire pour minimiser les perturbations sur les gaz s’écoulant dans la veine annulaire. La face radialement externe dudit premier becquet amont peut être entièrement de forme tronconique à section diminuant vers l’amont. L’extrémité amont du becquet amont peut être, en tout ou partie, en vis-à-vis radial de la plateforme annulaire interne du distributeur. Le distributeur peut comporter en outre une bride annulaire radiale s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la plateforme annulaire interne, la pièce d’étanchéité amont étant rapportée et fixée à la bride annulaire radiale. Alternativement, la pièce d’étanchéité amont peut être venue de matière avec la bride annulaire radiale du distributeur. Par ailleurs, la pièce d’étanchéité aval peut être rapportée et fixée sur une face amont de la rangée annulaire d’aubes mobiles, en particulier sur une face amont d’un disque de ladite rangée annulaire d’aubes mobiles. Alternativement, la pièce d’étanchéité aval peut être venue de matière avec ladite rangée annulaire d’aubes mobiles ou avec ledit disque. Le second becquet aval peut comporter une partie en saillie radialement vers l’extérieur à son extrémité aval. Une telle caractéristique permet encore de favoriser la formation d’un vortex ou tourbillon dans la seconde cavité de recirculation, et de le diriger vers la première cavité de recirculation. Une face annulaire radialement interne de la plateforme annulaire interne du distributeur peut présenter, en tout ou partie, une forme concave qui est agencée en vis-à-vis radial dudit becquet amont et/ou de la première cavité de recirculation. Une telle forme concave de la face annulaire radialement interne de la plateforme annulaire interne du distributeur permet de favoriser l’apparition d’un tourbillon au niveau de l’interface entre les gaz provenant de la veine annulaire et l’air de purge. La rangée annulaire d’aubes mobiles peut comprendre une plateforme annulaire interne, ledit premier becquet amont s’étendant depuis une extrémité amont de la plateforme annulaire interne. Chaque aube mobile de rangée annulaire d’aubes mobiles peut comprendre un secteur de la plateforme annulaire interne, lesdits secteurs étant agencés circonférentiellement bout à bout. Chaque aube mobile peut comprendre une pale s’étendant radialement vers l’extérieur depuis le secteur respectif de la plateforme annulaire interne. Chaque aube mobile peut comprendre un pied d’aube s’étendant radialement vers l’intérieur depuis le secteur respectif de la plateforme annulaire interne. Chaque pied d’aube peut être reçu dans une alvéole associée formée sur la périphérie externe du disque. En variante, chaque aube mobile est formée d’une seule pièce avec le secteur respectif de la plateforme annulaire interne. Selon un autre aspect, il est décrit une turbomachine comprenant une turbine à gaz haute-pression du type précité. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : , déjà décrite précédemment, est une vue schématique partielle en coupe d’une turbomachine de l’art antérieur ; , déjà décrite précédemment, est une vue schématique partielle en coupe d’une turbine haute-pression de la turbomachine de la ; est une vue schématique partielle en perspective et en coupe d’une turbine haute-pression selon une forme de réalisation du présent document ; est une vue schématique partielle en coupe de la turbine de la ; est une vue de détail de la ; est une vue correspondant à la , illustrant une variante de réalisation. Turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine (10) s’étendant autour d’un axe longitudinal (X), la turbine comprenant : - un distributeur (30) comprenant une plateforme annulaire interne (34) et une rangée annulaire d’aubes fixes (32), chaque aube fixe (32) étant reliée, radialement vers l’intérieur, à la plateforme annulaire interne (34), - une rangée annulaire d’aubes mobiles (40) montée en aval du distributeur (30), comportant un disque (41) à partir duquel des aubes (42) s’étendent radialement vers l’extérieur, - une pièce d’étanchéité amont (50) appliquée contre une face aval du distributeur (30) et une pièce d’étanchéité aval (43) appliquée contre une face amont du disque (41) de la rangée annulaire d’aubes mobiles (40), la pièce d’étanchéité aval (43) comprenant un becquet amont (47) agencé, au moins en partie, radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne (34) du distributeur (30), la pièce d’étanchéité amont (50) comprenant un premier becquet aval (54), agencé, en tout ou partie, radialement à l’intérieur du becquet amont (47) de pièce d’étanchéité amont (50) (50), le premier becquet aval (54) formant une saillie radialement vers l’extérieur de la pièce d’étanchéité (50), une extrémité radialement externe (55) dudit premier becquet aval (54) étant agencée en vis-à-vis radial dudit becquet amont (47), formant ainsi une première cavité annulaire de recirculation (60) qui est délimitée, longitudinalement, par le distributeur (30) et le premier becquet aval (54), la pièce d’étanchéité amont (50) comprenant un second becquet aval (58) formant une saillie vers l’aval, le second becquet aval (58) étant agencé radialement à l’intérieur du premier becquet aval (54), la pièce d’étanchéité aval (43) comportant une face amont s’étendant radialement et dépourvue de becquet intercalé radialement entre lesdits premier becquet aval (54) et second becquet aval (58) de la pièce d’étanchéité amont (50), formant ainsi une seconde cavité annulaire de recirculation (60) qui est délimitée par lesdits premier becquet aval (54) et second becquet aval (58) de la pièce d’étanchéité amont (50) et par la face amont de la pièce d’étanchéité aval (43), une cavité annulaire de purge (62) étant délimitée entre le distributeur (30) et la rangée annulaire d’aubes mobiles (40) et située radialement à l’intérieur de la seconde cavité annulaire de recirculation (64), un flux d’air de purge ou un flux de gaz étant apte à s’écouler entre une veine annulaire (11) située radialement à l’extérieur de la plateforme interne (34) du distributeur (30) et la première cavité annulaire de circulation (60), au travers d’un jeu entre la plateforme interne (34) et le becquet amont (47), entre la première cavité de recirculation (60) et la seconde cavité de recirculation (64), au travers d’un jeu entre le premier becquet aval (54) et le becquet amont (47), et entre la seconde cavité de recirculation (64) et la cavité de purge (62), au travers d’un jeu entre le second becquet aval (58) et la pièce d’étanchéité aval (43). Turbine selon la revendication 1, dans laquelle le premier becquet aval (54) s’étend radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe d’une partie annulaire (52) de la pièce d’étanchéité (50), ladite première cavité annulaire de recirculation (60) étant délimitée, radialement vers l’intérieur, par une face radialement externe (52a) de la partie annulaire (52) de la pièce d’étanchéité (50), la face annulaire radialement externe (52a) de ladite partie annulaire (52) présentant, en tout ou partie, une forme concave. Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier becquet aval (54) s’étend radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe d’une partie annulaire (52) de la pièce d’étanchéité aval (43) (50), le premier becquet aval (54) comprenant une paroi tronconique (54a) évasée vers l’aval s’étendant depuis l’extrémité radialement externe et aval de la partie annulaire (52) de la pièce d’étanchéité amont (50) et une paroi radiale (54b) s’étendant radialement vers l’extérieur depuis une extrémité aval de ladite paroi tronconique (54a). Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le second becquet aval (58) est cylindrique. Turbine selon les revendications 3 et 4, dans laquelle l’angle entre la paroi tronconique (54a) du premier becquet aval (54) et le second becquet aval (58) est compris entre 30 et 45°, préférentiellement entre 35 et 40°. Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le second becquet aval (58) est agencé en vis-à-vis axial d’un renfoncement (43a) ou d’un décrochement ménagé dans la pièce d’étanchéité aval (43). Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le becquet amont (47) présente une face radialement externe (47a) qui est de forme tronconique à section diminuant vers l’amont s’étendant sur au moins une première portion longitudinale. Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le distributeur (30) comporte en outre une bride annulaire radiale (36) s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la plateforme annulaire interne (34), la pièce d’étanchéité amont (50) étant rapportée et fixée à la bride annulaire radiale (36). Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le second becquet aval (58) comporte une partie en saillie (58a) radialement vers l’extérieur à son extrémité aval. Turbomachine comprenant une turbine à gaz haute-pression selon l’une quelconque des revendications précédentes.