The turbine has a blade (10) mounted in rotation around an axis in a casing comprising a metallic ring (16) fixed around a turbine rotor. An internal cylindrical surface of the casing is covered with a layer (18) of abradable material. A peripheral shroud (26) is slidably mounted at apex of the blade and partially housed and guided in an annular groove (30) of the ring (16).
| EP1267037 | Cooled hollow tip shroud of a turbine blade |
| 3117716 | Ducted rotor | |||
| FR2502242A | ||||
| FR2640701A | ||||
| DE19531561A | ||||
| GB1107024A | ||||
| GB2106997A |
L'invention concerne essentiellement des moyens de r¢eduction de jeux entre les sommets des aubes mobiles et la surface interne du carter d'une turbine £a gaz, telle notamment qu'une turbine haute pression pour un moteur d'a¢eronef.
Dans ce type de turbine, il est connu de fixer des talons p¢eriph¢eriques au sommet des aubes pour limiter des jeux radiaux entre les sommets des aubes et une couche de mat¢eriau abradable port¢ee par un anneau fix¢e au carter de la turbine. Ces talons peuvent comporter des nervures circonf¢erentielles ou l¢echettes qui sont sensiblement au contact du mat¢eriau abradable pour assurer une ¢etanch¢eit¢e axiale entre le carter et les sommets des aubes mobiles.
Ces talons p¢eriph¢eriques ont pour inconv¢enient de former une masse suppl¢ementaire en p¢eriph¢erie de la roue de turbine, cette masse ¢etant soumise £a des forces centrifuges en fonctionnement et posant des probl£emes de tenue m¢ecanique et de comportement vibratoire des aubes mobiles.
La suppression de ces talons impose de r¢eduire le jeu radial pr¢ecit¢e au montage (jeu £a froid), avec un risque de contact entre les sommets des aubes et le carter en fonctionnement et un risque correspondant de d¢et¢erioration de la turbine, ou de recourir £a des moyens de contr¥ole actif de jeu, qui sont chers, lourds et difficiles £a ma¥itriser. A d¢efaut, le jeu radial entre les sommets des aubes et le carter peut ¥etre relativement important, ce qui se traduit par une d¢egradation correspondante des performances de la turbine.
En outre, ce jeu radial peut varier localement entre une valeur minimum et une valeur maximum, par suite d'une ovalisation du carter, d'une diff¢erence de hauteur des pales, d'un d¢efaut de concentricit¢e entre le carter et la roue de turbine, etc...
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, satisfaisante et ¢economique £a ces probl£emes.
Elle propose £a cet effet une turbine £a gaz, en particulier pour moteur d'a¢eronef, comprenant une roue de turbine mont¢ee £a rotation dans un carter et portant des aubes dont les sommets sont £a une distance radiale faible d'une surface int¢erieure du carter, et des moyens de r¢eduction des jeux entre les sommets des aubes et la surface int¢erieure du carter, caract¢eris¢e en ce que ces moyens de r¢eduction des jeux comprennent des talons mont¢es radialement coulissants au sommet des aubes et guid¢es dans une rainure annulaire du carter.
Dans la turbine selon l'invention, £a la mise en rotation de la roue de turbine, les talons sont automatiquement sollicit¢es vers la surface int¢erieure du carter par des forces centrifuges sans exercer d'effort sur les aubes de la roue. On ¢evite ainsi les probl£emes m¢ecaniques vibratoires rencontr¢es dans les turbines £a aubes mobiles ¢equip¢ees de talons p¢eriph¢eriques fixes et on augmente les performances de la turbine par suppression des jeux radiaux entre les sommets des aubes et la surface int¢erieure du carter.
Selon une autre caract¢eristique de l'invention, les talons sont en mat¢eriau l¢eger et r¢esistant £a l'usure et aux temp¢eratures ¢elev¢ees, ce mat¢eriau ¢etant de pr¢ef¢erence une c¢eramique.
On assure ainsi un maintien dans le temps de l'¢etanch¢eit¢e axiale entre les sommets des aubes et la paroi int¢erieure du carter et on garantit dans le temps les performances de la turbine.
Selon encore une autre caract¢eristique de l'invention, les talons pr¢ecit¢es comportent chacun une plaque incurv¢ee destin¢ee £a s'¢etendre le long de la surface int¢erieure du carter.
Cette plaque incurv¢ee a une surface sup¢erieure £a celle du sommet de l'aube sur laquelle elle est mont¢ee, ce qui am¢eliore encore l'¢etanch¢eit¢e axiale pr¢ecit¢ee entre les sommets des aubes et la surface int¢erieure du carter.
Avantageusement, au moins deux nervures parall£eles circonf¢erentielles formant l¢echettes sont pr¢esent¢ees par la face de cette plaque tourn¢ee vers la face interne du carter.
Ces l¢echettes r¢eduisent encore la section de passage de l'air entre les sommets des aubes et la surface int¢erieure du carter.
Dans un premier mode de r¢ealisation de l'invention, chaque talon pr¢ecit¢e est au moins partiellement embo¥it¢e dans une baignoire form¢ee au sommet de l'aube.
Dans ce cas, le talon d¢elimite avantageusement avec les parois de la baignoire des passages de circulation d'air de refroidissement qui sont aliment¢es par des canaux d¢ebouchant dans le fond de la baignoire au moyen d'orifices de d¢epoussi¢erage.
Dans une autre forme de r¢ealisation de l'invention, applicable au cas o£u les aubes ne comportent pas de baignoire £a leur sommet, chaque talon pr¢ecit¢e est embo¥it¢e sur le sommet de l'aube.
L'invention est applicable aux turbines dont les surfaces internes de carter d¢efinissent des veines £a section cylindrique constante ou £a section divergente.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caract¢eristiques, d¢etails et avantages de celle-ci appara¥itront plus clairement £a la lecture de la description qui suit, faite £a titre d'exemple en r¢ef¢erence aux dessins annex¢es dans lesquels : la figure 1 est une vue sch¢ematique partielle en coupe axiale repr¢esentant le jeu radial entre le sommet d'une aube mobile et la surface cylindrique interne d'un carter de turbine ; la figure 2 est une vue de dessus du sommet de l'aube de la figure 1 ; la figure 3 est une vue sch¢ematique partielle en coupe axiale d'un premier mode de r¢ealisation de l'invention ; la figure 4 est une vue de dessus du sommet de l'aube de la figure 3 : la figure 5 est une vue sch¢ematique partielle en coupe axiale £a plus grande ¢echelle du sommet de l'aube des figures 3 et 4 ;
la figure 6 est une vue sch¢ematique partielle en coupe axiale d'une variante de r¢ealisation de l'invention.
On se r¢ef£ere d'abord aux figures 1 et 2 qui repr¢esentent sch¢ematiquement la technique ant¢erieure £a la pr¢esente invention, la r¢ef¢erence 10 d¢esignant une aube d'une roue de turbine haute pression mont¢ee en rotation autour d'un axe 12 dans un carter 14 comprenant un anneau m¢etallique fixe 16 entourant la roue de turbine et dont la surface cylindrique interne est recouverte d'une couche 18 d'un mat¢eriau abradable d'un type bien connu dans la technique.
Le sommet de l'aube 10 est situ¢e £a distance relativement tr£es faible de la couche 18 de mat¢eriau abradable et comporte une cavit¢e 20 appel¢ee "baignoire" dans la technique, dont le fond comporte des orifices de d¢epoussi¢erage 22, formant les sorties de conduits de circulation d'air de refroidissement qui sont m¢enag¢es dans l'aube 10.
Comme indiqu¢e plus haut, le jeu radial 24 entre le sommet de l'aube 10 et la couche 18 de mat¢eriau abradable formant la surface int¢erieure du carter doit ¥etre aussi r¢eduit que possible pour ¢eviter toute d¢egradation des performances de la turbine.
Pour cela, l'invention propose, comme repr¢esent¢e aux figures 3 £a 5, de monter un talon p¢eriph¢erique 26 radialement coulissant au sommet de l'aube 10, ce talon p¢eriph¢erique 26 ¢etant partiellement ins¢er¢e ou log¢e dans la baignoire 20 du sommet de l'aube 10.
Dans le mode de r¢ealisation repr¢esent¢e aux figures 3 £a 5, ce talon 26 comprend une partie radialement interne 28 ins¢er¢ee dans la baignoire 20 de l'aube 10 et une partie radialement externe 30 en forme de plaque incurv¢ee en portion de cylindre, £a contour parall¢el¢epip¢edique comme repr¢esent¢e en figure 4, qui s'¢etend le long de la couche 18 de mat¢eriau abradable £a tr£es faible distance de celle-ci et qui a une aire ou superficie dans le plan de la figure 4 notablement sup¢erieure £a celle de la partie 28 ins¢er¢ee dans la baignoire 20.
La face radialement ext¢erieure de cette plaque 30 est form¢ee avec des nervures parall£eles circonf¢erentielles 32, par exemple au nombre de deux comme repr¢esent¢e, dont les sommets sont au contact de la couche 18 de mat¢eriau abradable et forment avec celle-ci un joint £a labyrinthe destin¢e £a emp¥echer toute circulation d'air dans le sens axial entre la plaque 30 et la couche 18 de mat¢eriau abradable pendant le fonctionnement de la turbine.
Le talon 26 mont¢e en bout de l'aube 10 est log¢e partiellement et guid¢e dans une rainure ou gorge annulaire 34 de l'anneau 16, au fond de laquelle est dispos¢ee la couche 18 de mat¢eriau abradable. Ce montage maintient en place le talon 30 en bout de l'aube 10, aussi bien en direction axiale qu'en direction radiale.
Les talons 26 sont r¢ealis¢es en une mati£ere de pr¢ef¢erence l¢eg£ere et r¢esistant £a l'usure ainsi qu'aux temp¢eratures ¢elev¢ees, cette mati£ere ¢etant en particulier une c¢eramique.
En fonctionnement, les talons 26 sont entra¥in¢es en rotation autour de l'axe de la turbine avec les aubes 10 et sont soumis £a des forces centrifuges qui les appliquent sur la couche 18 de mat¢eriau abradable.
L'appui des sommets des nervures 32 sur la couche 18 se traduit par une suppression des jeux radiaux de passage d'air en direction axiale entre les sommets des aubes 10 et la surface int¢erieure du carter, ce qui augmente les performances de la turbine. Cet appui des talons 26 sur la couche 18 n'impose aucun effort suppl¢ementaire aux aubes 10.
Par ailleurs, le montage coulissant des talons 26 sur les sommets des aubes permet une adaptation automatique aux d¢efauts g¢eom¢etriques des pales et de l'anneau, dus par exemple £a une ovalisation du carter, £a des diff¢erences de hauteur des pales, £a un d¢efaut de concentricit¢e du carter et de la roue de turbine, etc...
Comme on l'a repr¢esent¢e en figure 5, l'air de refroidissement de l'aube 10 qui sort par les orifices de d¢epoussi¢erage form¢es dans le fond de la baignoire 20, circule dans des passages qui sont form¢es entre le talon 26 et les parois lat¢erales 36 de la baignoire et contribue ainsi au refroidissement de ces parois.
Dans la variante de r¢ealisation de la figure 6, le sommet de l'aube 10 ne comprend pas de baignoire et le talon p¢eriph¢erique 26 est alors embo¥it¢e sur le sommet de l'aube 10 et vient par exemple coiffer une nervure p¢eriph¢erique 38 du sommet de l'aube.
Comme pr¢ec¢edemment, le talon 26 comporte des l¢echettes 32 sur sa face radialement externe et est guid¢e et retenu dans une rainure ou gorge annulaire 34 de l'anneau 14.
En variante, les moyens d'insertion ou d'embo¥itement des talons 26 sur les sommets des aubes 10 sont dimensionn¢es et conform¢es de fa©con appropri¢ee pour ¢eviter £a eux seuls tout risque de d¢esembo¥itement des talons. Dans ce cas, les gorges annulaires 34 form¢ees dans la surface int¢erieure du carter sont une garantie suppl¢ementaire de retenue des talons et pourraient ¢eventuellement ¥etre supprim¢ees.
Les plaques 30 formant les parties radialement externes des talons 26 peuvent avoir une ¢etendue plus ou moins grande par rapport aux dimensions des sommets des aubes 10 et, si n¢ecessaire, ces plaques 30 peuvent comporter une armature, par exemple m¢etallique, de rigidification.
Pour le montage, les talons 26 peuvent ¥etre maintenus sur les sommets des aubes par collage ou par un lien tel qu'un jonc ou un cerclage, entourant les talons 26 et la couronne d'aubages.