Brevet FR3140112A1 — publié le 20240329

L’invention concerne un ensemble d’étanchéité d’un carter (4) de turbine (1) basse pression de turbomachine, l’ensemble d’étanchéité comprenant : - une structure annulaire (5) s’étendant autour d’un axe longitudinal (X) et allant de l’amont vers l’aval, la structure annulaire (5) comprenant une extrémité amont s’étendant radialement vers l’intérieur de la structure (5) pour définir une première branche (53) depuis laquelle s’étend axialement vers l’amont une deuxième branche (54), - une virole (6) comprenant une face (62) disposée en face et à distance des première et deuxième branches (53, 54) de la structure annulaire (5), l’ensemble d’étanchéité comprenant un déflecteur thermique (D) annulaire disposé entre la structure annulaire (5) et virole (6), le déflecteur thermique (D) comprenant une première paroi (80) axiale reposant sur une surface externe (540) de la deuxième branche (54), une deuxième paroi (81) radiale s’étendant depuis une extrémité aval de la première paroi (80) le long de la première branche (53), une troisième paroi (82) radiale s’étendant depuis une extrémité amont de la première paroi (80) vers l’intérieur de sorte à être en face et à distance de la face (62). Figure pour l’abrégé : Figure 4 Amélioration de l’étanchéité dans une turbine de turbomachine DOMAINE TECHNIQUE GENERAL Le domaine de l’invention est celui des turbomachines. Plus précisément, l’invention concerne un ensemble d’étanchéité pour une turbine de turbomachine, ainsi qu’une turbomachine comprenant un tel ensemble. ETAT DE LA TECHNIQUE Une turbomachine, en particulier une turbomachine à double corps, comporte classiquement, d'amont en aval selon la direction de circulation du flux dans la turbomachine, 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 permet d’exploiter et de libérer la puissance générée dans la chambre de combustion. A ce titre, l’étanchéité de la veine délimitant le flux traversant la turbine basse pression doit être assurée afin de garantir un haut niveau de performance de la turbomachine. Il faut donc éviter les fuites depuis la veine vers les organes composant le carter de la turbine basse pression. La illustre une turbine 1 pour turbomachine de type connu. Une telle turbine comprend plusieurs étages successifs comprenant chacun une aube fixe 2 et une aube 3 en rotation autour d’un axe X de rotation (et longitudinal de la turbomachine). Par convention, dans la présente demande, les termes " amont " AM et " aval " AV sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans la turbine, c’est-à-dire de la gauche vers la droite sur la . De même, par convention dans la présente demande, les termes " intérieur " et " extérieur", et " interne "et " externe " sont définis radialement par rapport à l'axe X de la turbomachine. Enfin, le terme « circonférentiel » est employé relativement à toute pièce annulaire ou secteur de pièce annulaire pour désigner une orientation, une direction ou encore une dimension considérée en référence à la circonférence de cette pièce ou de ce secteur. Chaque aube fixe 2 comprend une plate-forme annulaire radialement interne 21 et une plate-forme annulaire radialement externe 22. L’aube fixe 2 est accroché radialement vers l'extérieur à un carter externe 4 de la turbine. Les aubes 3 tournent à l'intérieur d'un structure annulaire ou anneau sectorisé 5 accroché au carter externe 4. Cet anneau 5 est avantageusement formé de plusieurs secteurs d’anneau 50 pour pallier des problèmes de dilatation de l’ensemble. Ces secteurs d’anneau 50 qui s’étendent circonférentiellement en arc-de-cercle sont agencés circonférentiellement bout à bout. Les secteurs d'anneau 50 portent chacun intérieurement un bloc de matériau abradable 51. Ces blocs de matériau abradable sont capables de coopérer par frottement avec des léchettes annulaires 32 disposées à la périphérie radialement externe de chaque aube 3 du rotor. Comme visible en détail sur la , l’anneau 5 comprend un corps principal 52 qui se prolonge radialement vers l’intérieur pour définir une première branche 53 sensiblement radiale, l’extrémité radialement interne de cette première branche 53 se prolongeant axialement vers l’amont par une deuxième branche 54. Au niveau des extrémités circonférentielles de l’anneau 5 sont prévues des logements 56 en forme de fentes dans lesquelles sont introduites des languettes L. Plus précisément, les languettes L sont montées pour partie dans des logements 56 formés dans l’anneau 5. Dans le cas de plusieurs, un tel montage contribue à assurer l’étanchéité entre secteurs. Dans la zone de raccordement du corps 52 à la première branche 53, l’anneau 5 comporte au moins un appendice dirigé vers l’aval qui forme un crochet 57, pour sa fixation au carter 4 dans lequel une réservation 40 est prévue à cet effet. En amont de ces deux pièces, est présente une virole 6 annulaire qui sert au positionnement du carter et plus généralement à celui de la turbine haute pression par rapport à la turbine basse pression, afin d’assurer une continuité géométrique de la veine primaire de la machine. Cette virole 6 comporte une ouverture traversante 61 qui a pour fonction de diriger de l’air provenant du compresseur amont pour refroidir le carter 4, principalement dans la région du crochet 57. Un organe 7 formant un joint est inséré entre la virole 6 et la première branche 53 du secteur 50 et contribue à protéger thermiquement la région du crochet 57. Comme le montre la , la virole 6 se prolonge radialement vers l’intérieur bien en-deçà de la deuxième branche 54 du secteur 50. Cette configuration expose la partie radialement interne 60 de la virole 6, et plus particulièrement sa face 62 orientée vers l’aval, à l’air chaud de la veine V. De plus, par construction, il existe au niveau du premier étage de la turbine basse pression et la première aube de la turbine basse pression un espace important, ce qui rend vulnérable la virole 6 à une potentielle réintroduction d’air de veine, symbolisée par la flèche R, via l’espace E séparant la virole 6 de la deuxième branche 54. En tout état de cause, sauf à introduire une pièce formant rempart à cette réintroduction d’air de veine, la virole 6 est soumise à de fortes températures et à un important rayonnement, ainsi que cela est symbolisé par les ondulations S de la . On s’expose alors potentiellement à la formation de criques, ce qui n’est pas souhaitable. Une solution pour résoudre ce problème consiste à adjoindre à la partie radialement interne 60 de la virole, une pièce (non représentée ici) formant rempart. En pratique, cette pièce est soudée à la virole 6. Mais à nouveau, on s’expose à la formation de criques, notamment en raison de la nature différente des matériaux de la virole et de la pièce formant rempart, ce qui occasionne des coefficients de dilatation différents. Il est donc impossible d’éviter les contraintes amenant à ces criques. Une autre solution, comme illustré à la , consiste à prolonger la deuxième branche 54 du secteur 50 par une troisième branche radialement interne 55 formant donc un déflecteur monobloc qui assure la fonction précitée de pièce rempart. Toutefois, du fait de la nécessité d’y mettre en place une languette L, cette branche a nécessairement une épaisseur négligeable, de sorte que l’écartement e entre la virole 6 et la face amont de cette branche 55, en tenant compte des tolérances de montage, est relativement élevé. Or, un phénomène notoire dans cette zone de la turbine est que l’aube 3 est soumise à un déplacement axial important, de sorte que les léchettes 32 risquent d’entrer en contact avec la branche 55, ce qu’il faut absolument éviter. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour but de proposer une solution permettant de protéger thermiquement des éléments de structure tout en évitant les problèmes de formation de criques expliqués plus haut, et sans risque de contact avec des éléments mobiles. A cet effet, l'invention concerne, selon un premier aspect, un ensemble d’étanchéité d’un carter de turbine basse pression de turbomachine, l’ensemble d’étanchéité comprenant : - une structure annulaire s’étendant autour d’un axe longitudinal et allant de l’amont vers l’aval, la structure annulaire comprenant une extrémité amont s’étendant radialement vers l’intérieur de la structure pour définir une première branche depuis laquelle s’étend axialement vers l’amont une deuxième branche, - une virole comprenant une face disposée en face et à distance des première et deuxième branches de la structure annulaire, l’ensemble d’étanchéité comprenant un déflecteur thermique annulaire disposé entre la structure annulaire et virole, le déflecteur thermique comprenant une première paroi axiale reposant sur une surface externe de la deuxième branche, une deuxième paroi radiale s’étendant depuis une extrémité aval de la première paroi le long de la première branche, une troisième paroi radiale s’étendant depuis une extrémité amont de la première paroi vers l’intérieur de sorte à être en face et à distance de la face. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon une combinaison techniquement compatible d’au moins deux d’entre elles : - le déflecteur thermique comprend une quatrième paroi axiale qui s’étend vers l’amont depuis la deuxième paroi, parallèlement et en face de la première paroi ; - l’ensemble comprend un organe élastique disposé entre la virole et le déflecteur, et s’étendant depuis la face de manière à plaquer le déflecteur thermique contre les première et deuxième branches du premier élément de structure ; - l’organe élastique est un joint d’étanchéité ; - l’organe s’étend au moins en partie entre les première et quatrième parois ; - la structure annulaire comprend plusieurs secteurs annulaires qui s’étendent circonférentiellement autour de l’axe longitudinal, les secteurs étant adjacents ; - le déflecteur thermique annulaire est formé de plusieurs secteurs disposés circonférentiellement autour de l’axe longitudinal, les secteurs du déflecteur étant adjacents ; - la dimension circonférentielle d’un secteur de déflecteur thermique est égale à celle d’un secteur annulaire, ou est sensiblement égale à un multiple de celle d’un secteur annulaire ; - une extrémité de la troisième paroi de chaque secteur de déflecteur comporte dans le sens circonférentiel une patte formant un organe mâle, tandis que l’extrémité opposée comporte une patte formant un organe femelle complémentaire ; - au moins une languette d’étanchéité est montée pour partie dans un logement d’un bord circonférentiel d’un secteur annulaire et pour l’autre partie, dans un logement d’un bord circonférentiel d’un secteur annulaire adjacent situé en vis-à-vis ; - chaque secteur annulaire comporte un crochet adapté pour être fixé à un carter ; - chaque secteur de déflecteur comporte une paire de pattes positionnées de part et d’autre dudit crochet, pour immobiliser ledit secteur de déflecteur circonférentiellement ; - la structure annulaire est disposée à l’entrée d’une turbine basse pression. L’invention concerne, selon un deuxième aspect, un ensemble de turbomachine comprenant une turbine basse pression, la turbine basse pression comprenant un carter externe fixe en liaison avec une virole amont, l’ensemble de turbomachine comprenant un ensemble d'étanchéité selon le premier aspect de l’invention. L’invention concerne, selon un troisième aspect, une turbomachine comprenant un ensemble de turbomachine selon le deuxième aspect de l’invention. L’invention concerne, selon un quatrième aspect, un aéronef comprenant une turbomachine selon le troisième aspect de l’invention. Les avantages de l’invention sont multiples. Il n’est pas nécessaire de fixer le déflecteur thermique au premier élément de structure, de sorte que les problèmes potentiels de formation de criques liés à des coefficients de dilatation différents sont complètement évités. En outre, l’aisance du montage est améliorée. De plus, l’épaisseur de ce déflecteur en forme de profilé peut être fortement réduite, en tout état de cause comparativement à la solution illustrée à la , de sorte que tout contact potentiel entre le défecteur et d’autres éléments est écarté. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, différents modes de réalisation possibles. Sur ces dessins : - la est une vue en coupe d’une turbine basse pression selon l’état de la technique ; - la est une vue de détail d’une partie de la turbine de la ; - la est une vue analogue à la , selon un mode de réalisation différent ; - la est encore une vue analogue aux deux figures précédents, intégrant l’ensemble d’étanchéité selon l’invention ; - la est de détail de la , visant à montrer plus particulièrement la forme particulière d’un déflecteur de l’ensemble d’étanchéité ; - la est une vue de détail représentant plus particulièrement une extrémité du déflecteur précité ; - la est une vue en perspective d’un secteur d’anneau d’étanchéité conforme à un mode de réalisation de l’invention ; - la est une vue de détail destinée à montrer comment un coopère un crochet solidaire d’un secteur d’anneau avec le déflecteur précité ; - la est une vue en perspective de deux secteurs d’anneaux adjacents, qui coopèrent avec un seul déflecteur. Sur l’ensemble des figures les éléments identiques portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Les figures 4 à 9 illustrent un ensemble d’étanchéité selon un mode de réalisation. On note que les éléments qui sont identiques à ceux de la turbine basse pression précédemment décrite en relation avec les figures 1 et 2 ne seront pas décrits à nouveau. L’ensemble d’étanchéité conforme à l’invention se distingue essentiellement de celui qui a été décrit en référence à la ou 3 par le fait qu’il comprend un déflecteur thermique annulaire D de type tôle. Ainsi que cela est visible notamment à la , le déflecteur thermique D comprend une première paroi 80 dirigée axialement. Cette première paroi 80 se prolonge à son extrémité aval par une deuxième paroi 81 dirigée radialement vers l’extérieur, et à son extrémité amont par une troisième paroi 82 dirigée radialement vers l’intérieur. Comme cela est visible notamment à la , un anneau 5 s’étend autour d’un axe longitudinal et se prolonge en amont de manière radiale vers l’intérieur pour définir une première branche 53 sensiblement radiale et l’extrémité radialement interne de cette première branche 53 se prolongeant axialement vers l’amont par une deuxième branche 54. La deuxième branche 54 présentant une face circonférentielle externe 540. En outre, une virole 6 annulaire comprend une partie 60 qui se prolonge radialement vers l’intérieur bien en-deçà de la deuxième branche 54 de l’anneau 5 comprenant une face 62 disposée en face et à distance des première et deuxième branches 53, 54 du premier élément de structure 5. Cette configuration expose la partie radialement interne 60, et plus particulièrement la partie de sa face 62 orientée vers l’aval qui se prolonge vers l’intérieur bien en-deçà de la deuxième branche 54, à l’air chaud de la veine V. Et ainsi que le montre plus particulièrement la , les première et deuxième parois 80 et 81 du déflecteur thermique annulaire D sont dimensionnées pour venir en appui et recouvrir d’une part la face 540 de la deuxième branche 54 de l’anneau 5 et, d’autre part, la première branche 53. Et la troisième paroi 82 s’étend, quant à elle, en face de la face 62 de la virole 6, afin de matérialiser un rempart de protection thermique de cette face. De manière avantageuse, la mise en place du déflecteur thermique annulaire D ne nécessite aucune soudure ou autre moyen de liaison au premier élément de structure 5. En effet, il repose par sa paroi 80 contre la deuxième branche 54. Selon un mode de réalisation, le déflecteur thermique annulaire D est bloqué axialement par un organe 7 qui, comme dans présenté dans l’introduction consiste préférentiellement en un joint d’étanchéité, cet organe élastique plaquant la paroi 80 contre la première branche 53 du premier élément de structure 5. L’organe 7 peut optionnellement être un joint de type Omega. Comme cela est visible sur les figures le déflecteur thermique annulaire D comporte une quatrième paroi 83, qui s’étend dans le prolongement de la deuxième paroi 81, parallèlement et en face de la première paroi 80. Cette quatrième paroi 83 contribue à centrer l’organe 7 et à le protéger thermiquement. Selon un mode de réalisation possible, l’anneau 5 est formé de plusieurs secteurs d’anneau 50 afin de résoudre les problèmes de dilatation de l’ensemble. Ces secteurs d’anneau 50 s’étendent circonférentiellement en arc-de-cercle, et sont agencés circonférentiellement bout à bout. Selon un mode de réalisation, au niveau des extrémités circonférentielles des secteurs d’anneau 50 sont prévues des logements 56 en forme de fentes dans lesquelles peuvent être introduites des languettes L. Plus précisément, les languettes seraient montées pour partie dans les logements 56 d’un secteur 50 et pour partie dans les logements d’un secteur adjacents. Ce montage contribue à assurer l’étanchéité entre secteurs. De la même manière que pour l’anneau 5, le déflecteur D peut être constitué de plusieurs secteurs identiques 8 disposés de manière adjacente dans la direction circonférentielle. Selon un mode de réalisation, la longueur, c’est-à-dire la dimension circonférentielle d’un secteur 8 est sensiblement égale à celle d’un secteur 50 d’anneau. En variante, cette longueur est sensiblement égale à un multiple de celle d’un secteur 50 d’anneau. Ainsi, comme illustré à la , le secteur 8 présente une longueur telle qu’il recouvre deux secteurs 50 adjacents. Ainsi que cela est particulièrement visible à la , et selon un mode de réalisation possible, une extrémité de la troisième paroi 82 du secteur 8 du déflecteur thermique annulaire D comporte, dans le sens circonférentiel, une patte 820 qui forme un organe mâle, tandis que l’extrémité opposée de cette paroi (non visible sur la figure), comporte une patte formant un organe femelle complémentaire. De cette manière, lorsque deux secteurs sont positionnés dans la continuité l’un de l’autre, les organes mâles de l’un et femelle de l’autre se recouvrent. Comme évoqué précédemment, chaque secteur 50 comporte au moins un appendice 57 en forme de crochet adapté pour sa fixation au carter 4. Selon un mode de réalisation avantageux de la présente invention, un seul appendice 57 est prévu sur chaque secteur. Ceci contribue à supprimer son hyperstatisme, tout en améliorant son montage et sa fabricabilité. Par ailleurs, le secteur 8 est pourvu de moyens de blocage qui permettent de le bloquer circonférentiellement par rapport au secteur d’anneau 50 via l’appendice 57. Ces moyens de blocage sont tout particulièrement visibles à la . Il s’agit de deux pattes 810 d’arrêt tangentiel qui sont d’une pièce avec la paroi 81 et dont l’écartement est égal, au jeu près, à la longueur, c’est-à-dire la dimension circonférentielle de l’appendice 57. Dans le mode de réalisation présenté dans lequel le secteur comporte une quatrième paroi 83 ( ), celle-ci est interrompue localement pour permettre le passage desdites pattes 810. Ensemble d’étanchéité d’un carter (4) de turbine (1) basse pression de turbomachine, l’ensemble d’étanchéité comprenant : - une structure annulaire (5) s’étendant autour d’un axe longitudinal (X) et allant de l’amont vers l’aval, la structure annulaire (5) comprenant une extrémité amont s’étendant radialement vers l’intérieur de la structure (5) pour définir une première branche (53) depuis laquelle s’étend axialement vers l’amont une deuxième branche (54), - une virole (6) comprenant une face (62) disposée en face et à distance des première et deuxième branches (53, 54) de la structure annulaire (5), l’ensemble d’étanchéité comprenant un déflecteur thermique (D) annulaire disposé entre la structure annulaire (5) et virole (6), le déflecteur thermique (D) comprenant une première paroi (80) axiale reposant sur une surface externe (540) de la deuxième branche (54), une deuxième paroi (81) radiale s’étendant depuis une extrémité aval de la première paroi (80) le long de la première branche (53), une troisième paroi (82) radiale s’étendant depuis une extrémité amont de la première paroi (80) vers l’intérieur de sorte à être en face et à distance de la face (62). Ensemble d'étanchéité selon la revendication 1, dans lequel le déflecteur thermique (D) comprend une quatrième paroi (83) axiale qui s’étend vers l’amont depuis la deuxième paroi (81), parallèlement et en face de la première paroi (80). Ensemble d’étanchéité selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, comprenant un organe (7) élastique disposé entre la virole (6) et le déflecteur, et s’étendant depuis la face (62) de manière à plaquer le déflecteur thermique (D) contre les première et deuxième branches du premier élément de structure (5). Ensemble selon la revendication 3, dans lequel l’organe élastique (7) est un joint d’étanchéité. Ensemble d’étanchéité selon la revendication 4 en combinaison avec la revendication 2, dans lequel l’organe (7) s’étend au moins en partie entre les première (80) et quatrième parois (83). Ensemble d'étanchéité selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la structure annulaire (5) comprend plusieurs secteurs (50) annulaires qui s’étendent circonférentiellement autour de l’axe longitudinal, les secteurs (50) étant adjacents. Ensemble d'étanchéité selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le déflecteur thermique (D) annulaire est formé de plusieurs secteurs (8) disposés circonférentiellement autour de l’axe longitudinal, les secteurs (8) du déflecteur étant adjacents. Ensemble d’étanchéité selon la revendication 7, dans lequel la dimension circonférentielle d’un secteur (8) de déflecteur thermique (D) est égale à celle d’un secteur (50) annulaire, ou est sensiblement égale à un multiple de celle d’un secteur (50) annulaire. Ensemble d'étanchéité selon l’une des revendications 7 à 8, dans lequel une extrémité de la troisième paroi (82) de chaque secteur (8) de déflecteur (D) comporte dans le sens circonférentiel une patte (820) formant un organe mâle, tandis que l’extrémité opposée comporte une patte formant un organe femelle complémentaire. Ensemble d'étanchéité selon l’une des revendications 6 à 9, dans lequel au moins une languette d’étanchéité (L) est montée pour partie dans un logement (56) d’un bord circonférentiel d’un secteur (50) annulaire et pour l’autre partie, dans un logement d’un bord circonférentiel d’un secteur (50) annulaire adjacent situé en vis-à-vis. Ensemble d'étanchéité selon l’une des revendications 6 à 10, dans lequel chaque secteur (50) annulaire comporte un crochet (57) adapté pour être fixé à un carter (4). Ensemble d'étanchéité selon l’une des revendications 7 à 11, dans lequel en ce que chaque secteur (8) de déflecteur (D) comporte une paire de pattes (810) positionnées de part et d’autre dudit crochet (57), pour immobiliser ledit secteur de déflecteur (8) circonférentiellement. Ensemble de turbomachine comprenant une turbine basse pression, la turbine basse pression comprenant un carter externe (4) fixe en liaison avec une virole (6) amont, l’ensemble de turbomachine comprenant un ensemble d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 12 disposé en aval de la virole (6). Ensemble selon la revendication 13, dans lequel la structure annulaire est disposée à l’entrée de la turbine basse pression. Turbomachine comprenant un ensemble de turbomachine selon l’une des revendications 13 à 14.