Dispositif d'étanchéité d'aubages mobiles de turbomachine

Abstract

 Une garniture d'étanchéité (86) est montée sur des secteurs (84) reliés par leur bord tombé (92) à de premiers crochets (80,82) portés par une virole intérieure (44) comportant dans sa partie médiane des languettes élastiques (72, 74) et à de seconds crochets (32) fixés sur une virole extérieure (20) à grande inertie, chacune des viroles intérieure (44) et extérieure (20) étant ventilée par de l'air prélevé à un étage de compresseur, la virole intérieure (44) se dilatant (ou se contractant) durant la période d'accélération mécanique (ou de décélération) et la virole extérieure (20) se dilatant (ou se contractant) durant la période transitoire suivante de stabilisation thermique afin de préserver un jeu de fonctionnement minimal entre la garniture d'étanchéité (86) et les extrémités d'aubes.

Description

[0001] L'invention concerne un dispositif d'étanchéité d'aubages mobiles de turbomachine permettant de limiter en fonctionnement à leur strict minimum les jeux en extrémités d'aubes.

[0002] On connaît l'importance pour le rendement d'une part, mais aussi pour l'obtention d'une poussée maximale et pour la réserve au pompage de réduire les fuites dues aux jeux entre parties tournantes et parties fixes d'une turbomachine notamment au niveau de la (ou des) turbine(s).

[0003] Pour réduire ces jeux, et corrélativement les fuites, aussi bien en régime stabilisé qu'en régime transitoire, il faut respecter un certain nombre de conditions dont certaines sont incompatibles avec les autres ou en tout cas très difficiles à bien réaliser toutes ensembles : concentricité avec l'axe de rotation de la turbomachine des extrémités d'aubes ou de leurs talons périphériques et également du dispositif d'étanchéité, indéformabilité de celui-ci (sous le jour qu'il doit toujours rester de révolution), augmentation (respectivement diminution) du rayon du dispositif d'étanchéité en suivant l'augmentation (respectivement la diminution) du rayon des extrémités d'aubes ou de leurs talons périphériques sous l'effet des dilatations tant centrifuges que thermiques, et ceci aussi bien en stabilisé qu'en transitoire.

[0004] S'il est relativement facile d'assurer que l'extrémité des parties tournantes (extrémité des aubes, ou talons périphériques) décrit bien au cours des rotations une surface de révolution par exemple par mise à longueur des aubes ou des talons par rectification sur disque aileté tournant, il est beaucoup plus difficile d'assurer à la virole entourant les parties tournantes une forme de révolution dans les différentes conditions de fonctionnement, en égard notamment aux forces d'inertie pouvant intervenir pour les turbomachines aéronautiques (facteurs de charge dans le sens z ou y notamment) et surtout en égard aux déformations d'origine thermique. Il est nécessaire sans être du reste suffisant que la virole d'étanchéité (ou les éléments qui portent la garniture d'étanchéité ou qui définissent la position des secteurs d'étanchéité) reste parfaitement centrée sur l'axe de rotation de la turbomachine, d'une part, et ne s'ovalise pas, d'autre part. Cela oblige à prévoir pour cette virole, soit une construction monolithique d'inertie suffisante, soit un système plus compliqué assurant la concentricité des supports de secteurs autour de l'axe de la machine d'une part, et l'absence quasi complète d'ovalisation d'autre part. Si cette condition n'est pas réalisée et si de ce fait il y a ovalisation ou excentrage et si on désigne par "a" la distance maximum vers l'intérieur entre le cercle de même longueur développée et la partie intérieure de la virole ovalisée (ou excentrée) ou des supports de segments la plus proche des extrémités d'aubes au maximum d'ovalisation (ou d'excentrage) possible sous un des effets sus-mentionnés, il sera nécessaire de prévoir :

- soit un jeu supérieur ou égal à "a" dans toute condition de fonctionnement prévue,

- soit une garniture d'étanchéité d'épaisseur minimale égale à "a", qui sera d'ailleurs en tout cas localement enlevée par abrasion à la première occurence d'ovalisation (ou d'excentrage) maximale "a", formant ainsi au moins une lunule de fuite par un jeu qui localement est égal à "a" et qui, selon toute probabilité, compte-tenu du fait que l'ovalisation (ou l'excentrage) peut se produire suivant des axes différents, sera rapidement égal ou très voisin de "a" sur toute la périphérie de la virole ou de l'ensemble des secteurs d'étanchéité.

[0005] Si on sait en fait pratiquement obtenir, par exemple par le moyen décrit par la Demanderesse dans sa demande de brevet 81.20719 déposée le 5 Novembre 1981, que le carter supportant la virole portant directement ou indirectement la garniture d'étanchéité soit bien centré par rapport à l'axe de la turbomachine, et si on sait également bien centrer cette virole dans le carter, et lui donner une inertie suffisante pour que sa déformation par ovalisation soit pratiquement négligeable, on ne peut pas pour autant assurer à tous les régimes de fonctionnement, et notamment en transitoire, une dimension radiale de la virole d'étanchéité ou des secteurs reconstituant une virole qui maintienne un jeu positif mais très faible entre les extrémités d'aubes (ou de leurs talons périphériques) et virole (ou secteurs) d'étanchéité dans toutes les conditions de fonctionnement, y compris les conditions transitoires.

[0006] Dans ce qui suit, par souci de simplification, nous décrirons le cas où les aubes mobiles n'ont pas de talons périphériques, mais il doit être bien entendu que le terme "extrémité d'aube" devra se comprendre "extrémité radiale des talons périphériques d'aubes", lorsque les aubes comportent de tels talons périphériques.

[0007] Si la virole portant la garniture d'étanchéité est monolithique, la solution la plus évidente pour obtenir aussi bien en régime transitoire qu'en régime permanent que cette virole assure, à la partie intérieure de sa garniture d'étanchéité, un rayon qui "suive" sans retard les variations de rayon des extrémités d'aubes est, comme il est bien connu dans l'art antérieur, d'alimenter par un distributeur, d'une façon homogène, la périphérie de la virole par de l'air prélevé à un ou plusieurs étages de compresseur, ledit distributeur ayant pour fonction d'envoyer un débit d'air "ajusté" à tout instant. Cet ajustement doit en tout cas se faire pour la température de l'air prélevé (par exemple par mélange dans des proportions convenables d'air plus ou moins chaud, provenant soit d'étages différents du compresseur, soit, pour au moins une partie de l'air de ventilation, d'air refroidi - ou réchauffé - dans un échangeur). Ceci permet d'ajuster avec précision le rayon de la garniture d'étanchéité au rayon des extrémités d'aubes en régime stabilisé. Mais pour que la dilatation de l'anneau "suive" sans retard la dilatation centrifuge du disque et des aubes, et la dilatation thermique de l'aube (dilatations qui se font en quelques secondes), puis la dilatation thermique du disque (qui se fait en plusieurs minutes), il faut également ajuster ce débit en quantité. Plusieurs brevets tels que la demande FR 2 467 292 décrivent un tel contrôle actif des jeux. Mais en fait le problème n'est pas résolu pour autant, il n'est que reporté à un mécanisme de distribution d'air, ajusté en débit et/ou en température pour assurer, non seulement en régime stabilisé, mais aussi en régime transitoire, la température instantanée convenable de la structure de la virole qui, par l'effet de son coefficient de dilatation imposera à la garniture d'étanchéité le rayon assurant un jeu positif mais très faible vis-à-vis des extrémités d'aubes.

[0008] Un tel distributeur peut évidemment être conçu, mais serait d'une complication extrême et d'une fiabilité assez aléatoire (une panne du distributeur pouvant dans certains cas produire des dégâts importants à l'ensemble de la turbine et/ou de la virole). Il faut, de plus, remarquer que du fait que notamment la dilatation (respectivement rétraction) centrifuge du disque et de l'aube se produit en un temps très court, de l'ordre de quelques secondes, puisqu'il est pratiquement égal au temps d'accélération (respectivement réduction) de la charge de la turbomachine, il faut que le flux d'air de ventilation envoyé sur la virole soit très important pour assurer à la virole portant la garniture d'étanchéité une température, donc par le jeu de son coefficient de dilatation PC, un rayon qui suive sans retard la dilatation (respectivement contraction) centrifuge quasi instantanée du disque et des aubes. Un tel distributeur doit donc être capable d'un fort débit. Il serait donc lourd, complexe, et en définitive très peu fiable. De plus, il serait gros consommateur d'air de ventilation au détriment du rendement d'ensemble de la turbomachine.

[0009] Une variante de l'invention prévoit cependant l'utilisation d'un réducteur-régulateur de pression placé dans la canalisation de prélèvement de l'air destiné à la ventilation du dispositif d'étanchéité, comme il sera décrit plus loin. Mais on notera que ce régulateur n'est destiné qu'à assurer une pression, comme le fonctionnement en sera expliqué plus loin alors que les mécanismes évoqués plus haut doivent être ajustés en débit et/ou en température.

[0010] On connaît également des tentatives de solution de ce problème très délicat de faire suivre sans retard à la partie intérieure d'une virole la dilatation (respectivement la rétraction) des extrémités d'aubes, c'est-à-dire en fait permettant que par exemple en accélération, la virole porteuse de la bande d'étanchéité réponde d'abord rapidement à la dilatation centrifuge du disque et des aubes, puis beaucoup plus lentement à la dilatation thermique du disque, notamment dans les demandes de brevets français 2 450 344 et 2 450 345. Toutefois, l'agencement prévu dans ces brevets, d'une part, est applicable à des turbomachines de faible puissance comportant des chambres de combustion à retour. L'homme de métier pourrait sans doute déduire des enseignements de ces brevets un équivalent pour les chambres, habituellement à flux direct, des turbomachines de grande puissance, mais aux dépens d'une complication importante et irréaliste.

[0011] D'autre part, la solution décrite dans l'un et l'autre brevet fait appel à un "manchon" dit élastique, c'est-à-dire capable de déformation lorsqu'on lui fait subir des efforts. L'élasticité de ce manchon présente le risque et l'inconvénient d'introduire des défauts de concentricité et d'ovalisation notamment sous l'effet des facteurs de charge rencontrés en vol. Il faut rappeler comme indiqué ci-dessus que le respect d'une concentricité quasi parfaite autour de l'axe de rotation du mobile et l'absence d'ovalisation de la garniture d'étanchéité sont une nécessité impérative pour éviter les jeux intempestifs et ces derniers brevets sont loin de satisfaire ces conditions d'une façon satisfaisante. On observe également que du fait des efforts hyperstatiques considérables mis en jeu par des arcs-boutements dans un anneau segmenté selon le brevet FR 2 450 345, la moindre hétérogénéité de température ou d'inertie dans le sens périphérique provoquera des déformations importantes de l'anneau segmenté.

[0012] C'est un des objectifs de la présente invention d'assurer pour tous les régimes stabilisés et pour le régime transitoire en accélération un jeu entre les extrémités d'aubes et la garniture d'étanchéité, qui soit minime, mais positif afin d'éviter l'usure de ladite garniture, usure qui provoquerait un jeu et par conséquent des fuites dans tous les régimes stabilisés ou d'accélération ultérieurs. Pour les conditions transitoires en décélération, le jeu entre les extrémités d'aubes et la garniture d'étanchéité est positif (donc il n'y a pas d'usure), mais il n'est plus minime. Cependant, il est au plus égal à celui obtenu par les solutions de l'art antérieur. Le spécialiste sait d'ailleurs que l'influence d'un jeu notable mais non excessif, pour le seul cas de transitoire en décélération, est presque négligeable dans l'économie générale d'une turbomachine.

[0013] C'est un deuxième objectif de la présente invention d'obtenir ce résultat remarquable sans les graves inconvé_- nients de complexité et de défaut de fiabilité des distributeurs de l'art antérieur.

[0014] C'est un troisième objectif de la présente invention d'obtenir ce résultat avec un débit notablement diminué par rapport aux débits de ventilation de l'art antérieur.

[0015] Le dispositif d'étanchéité d'aubages mobiles de turbomachine du type précité est caractérisé selon la présente invention par le fait que des secteurs portant ladite garniture d'étanchéité sont soumis, d'une part, pendant une phase transitoire d'accélération mécanique de la turbomachine à un premier asservissement en position radiale par des éléments de liaison à des éléments élastiques solidaires d'une virole intérieure qui se dilate d'une façon homogène pendant ladite phase d'accélération mécanique par l'effet de la ventilation sur toute sa longueur et sa périphérie par de l'air prélevé à un étage aval de compresseur, et que lesdits secteurs sont soumis, d'autre part, pendant une phase de stabilisation thermique de la turbomachine succédant à la phase d'accélération premier, asservissement en position radiale par des crochets en appui sur les éléments élastiques, à un anneau extérieur qui se dilate d'une façon homogène pendant ladite phase de stabilisation thermique également par l'effet de la ventilation sur toute sa longueur et sa périphérie par de l'air prélevé à un étage aval de compresseur, amené par une multiplicité de tuyaux débouchant dans des trous percés dans le carter de turbine.

[0016] Les conditions de ventilation de ladite virole intérieure, son coefficient de dilatation thermique o<₁ et l'étage de prélèvement de l'air sont déterminés pour qu'au cours d'une phase d'accélération mécanique de la turbomachine à partir de n'importe quel régime jusqu'à un régime supérieur, et notamment jusqu'à la charge maximale de la turbomachine, les dilatations thermiques de ladite virole "suivent" sans retard la dilatation centrifuge du disque et des aubes augmentée, au moins en grande partie, de la dilatation thermique des aubes. De manière analogue, le coefficient de dilatation α₂, l'inertie thermique et les conditions de ventilation de l'anneau extérieur sont déterminés pour qu'au cours de la phase - pouvant durer plusieurs minutes - de stabilisation thermique de tous les éléments de la turbomachine, et notamment du disque correspondant, les dilatations thermiques dudit anneau imposent aux secteurs portant la garniture d'étanchéité qui lui sont asservis durant ladite phase une dilatation radiale qui "suive" la dilatation thermique dudit disque.

[0017] Avantageusement, les éléments de liaison entre secteurs et éléments élastiques sont constitués en amont et en aval par des bords tombés des secteurs insérés dans des crochets des éléments élastiques.

[0018] Préférablement, ladite virole intérieure est en deux parties respectivement amont et aval qui sont rendues solidaires par des boulons et écrous fixant des bords tombés vers l'extérieur de languettes appartenant à l'une et à l'autre de ces deux parties, lesdites languettes de solidarisation étant régulièrement réparties sur la périphérie et étant espacées les unes des autres. Entre lesdits espacements des languettes de solidarisation se trouvent des languettes élastiques d'asservissement des secteurs portant la garniture d'étanchéité faisant corps intégré alternativement avec la partie monolithique de la partie amont et de la partie aval de ladite virole intérieure, lesdites languettes élastiques asservissant les secteurs portant la garniture d'étanchéité aux dilatations de ladite première virole sans que ces languettes se déforment elles-mêmes au cours de la période où le premier asservissement est efficace, et laissant agir l'asservissement des secteurs portant la garniture d'étanchéité aux dilatations de ladite deuxième virole, par déformation de ces languettes dans le domaine élastique au cours de la période où le deuxième asservissement se substitue au premier.

[0019] Préférablement, la première virole comporte des accélérateurs d'échange thermique (trous multiples parcourus par de l'air de ventilation, ailettes, picots, etc...) pour que sa température "suive" pratiquement sans retard la température de l'air du compresseur, la densité de ces accélérateurs d'échange étant déterminée pour que la dilatation de la première virole en fonction du temps pour une accélération soit ajustée à la dilatation centrifuge du disque et des aubes, augmentée de la dilatation ther- nique des aubes, et leur répartition étant déterminée pour assurer une homogénéité de température à ladite première virole tant longitudinalement que périphériquement. Préférablement le carter de turbine comporte des moyens de centrage du dispositif d'étanchéité conforme à l'invention.

[0020] Il peut être avantageux également de placer au moins un réducteur-régulateur de pression entre la canalisation de prélèvement d'air au compresseur et un tuyau débouchant dans un trou du carter de turbine, comportant une entrée reliée par une canalisation à une prise de pression située dans la partie aval de plateforme extérieure d'un distributeur placé en amont de l'aubage mobile de telle sorte qu'une pression toujours très faiblement supérieure à la pression statique à la paroi de la veine de circulation des gaz de la turbomachine est établie du côté radialement extérieur des secteurs portant les garnitures d'étanchéité.

[0021] Cette dernière disposition permet avantageusement de supprimer les joints d'étanchéité prévus en amont et en aval des secteurs portant les garnitures d'étanchéité et ainsi d'éliminer les frottements qui pourraient dans certains cas gêner le fonctionnement optimal.

[0022] L'invention sera mieux comprise par la description d'un des modes de réalisation, en regard des dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 représente une coupe longitudinale simplifiée selon I-I de la figure 2 de ce mode de réalisation du dispositif d'étanchéité, conforme à l'invention

- la figure 2 est une vue développée simplifiée, selon II-II de la figure l ;

- la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 montrant quelques détails de la ventilation qui ne figuraient pas sur les figures 1 et 2 par souci de simplification ;

- la figure 4 est une vue analogue à la figure 1, en coupe longitudinale simplifiée selon IV-IV de la figure 5 et représentant un dispositif d'étanchéité selon l'invention, qui comporte au moins un réducteur-régulateur de pression ;

- la figure 5 est une vue développée simplifiée, selon V-V de la figure 4 ;

- la figure 6 est une vue analogue à la figure 4 montrant quelques détails de la ventilation de manière analogue à la figure 3 ;

- la figure 7 est une coupe simplifiée d'un réducteur-régulateur de pression conforme à l'invention.

[0023] Sur la figure 1, dans laquelle on n'a pas fait figurer tout ce qui avait trait à la ventilation, on peut voir un carter de turbine qui dans l'exemple représenté est en trois parties, une partie amont 2, une partie médiane 4, une partie aval 6, les trois parties étant réunies par des boulons non représentés réunissant des brides radiales 8a, 8b et 8c, 8d, lesdites brides radiales ayant par ailleurs le rôle de donner de l'inertie mécanique à l'ensemble pour qu'il soit pratiquement indéformable par ovalisation. La partie amont 2 du carter comporte un prolongement conique 10 vers l'intérieur, dans lequel sont usinées des cannelures radiales 12. De même, la partie aval 6 du carter comporte un prolongement conique 14 vers l'intérieur, dans lequel sont usinées des cannelures radiales 16, analogues aux cannelures 12, mais leur faisant vis-à-vis.

[0024] Un anneau extérieur à grande inertie 20, comportant par exemple des nervures vers l'extérieur 22, et pouvant être muni d'un calorifugeage interne 24, et/ou externe 26, pour lui conférer un temps de réponse convenable, comporte par ailleurs des nervures respectivement amont 28 et aval 30, dans lesquelles sont usinées des cannelures radiales 12' et 16' qui coopèrent avec les cannelures radiales 12 et 16 pour centrer l'anneau 20 dans le carter. Cet anneau comporte de plus dans sa partie amont des moyens de fixation connus pour une multiplicité de crochets 32 tournés vers l'aval, et dans sa partie aval des moyens de fixation équivalents de crochets 34 tournés vers l'amont (seuls ces derniers éléments de fixation étant représentés). Ces crochets servent à déplacer radialement des secteurs 84 portant des garnitures d'étanchéité 86 en appuyant radialement, dans la direction centrifuge, directement ou par l'intermédiaire de cales sur des éléments longitudinaux portés par les secteurs, comme il sera décrit en détail ultérieurement.

[0025] La partie amont 2 du carter de turbine comporte plus en amont une bride 40 radiale, vers l'intérieur, sur laquelle est fixée de façon connue une bride radiale 42 vers l'extérieur d'une virole intérieure 44 (voir figure 2). Celle-ci est en deux parties pour des raisons de montage. La partie amont comporte en aval de la bride radiale 42 une partie cylindrique 46, et dans l'exemple représenté une autre bride radiale 48, à nouveau vers l'intérieur, puis une virole intérieure 50 destinées principalement à lui donner de l'inertie. La virole intérieure 50 se termine par une bride radiale d'étanchéité 52. L'ensemble de la partie amont de la virole 44, décrite ci-dessus, est monolithique.

[0026] En aval de la bride radiale 48 et à partir d'une position longitudinale repérée 54a, des découpes longitudinales dans la virole cylindrique prolongeant la partie 46 existent qui sont plus visibles sur la figure 2 sur laquelle ne figurent que les éléments nécessaires à la compréhension, sans notamment les accélérateurs d'échange (trous, nervures et picots).

[0027] D'une part, il y a régulièrement espacées et laissant un intervalle entre elles des lames 56, terminées par un bord tombé extérieur 58. Chacun de ceux-ci est fixé par un ensemble boulon écrou 60 à un bord tombé 62 de la partie aval de la virole intérieure 44, ce bord tombé 62 se ^pro- longe par des lames 64, analogues aux lames 56, qui relient la partie aval monolithique de la virole 44 à la partie amont. Cette partie aval monolithique comporte, à partir d'une position longitudinale repérée 54b, une partie cylindrique 66, analogue à la partie cylindrique amont 46 de la virole 44, une bride radiale interne 68, prolongée vers l'amont, pour donner à cette partie aval monolithique une inertie suffisante, par une virole cylindrique 70 (analogue à 50 mais dirigée vers l'amont), puis une bride radiale vers l'intérieur 73 (analogue à la bride amont 52), destinée à assurer l'étanchéité entre les secteurs et la partie aval de la virole 44.

[0028] D'autre part, dans les intervalles entre les languettes 56 et 64 (voir figure 2) accouplées par les bords tombés 58, 62 grâce aux boulons et écrous 60, on trouve alternativement des lames déformables élastiquement, les unes 72 solidaires de la partie amont de la virole 44 en deux parties et s'étendant vers l'aval, les autres 74 solidaires de la partie aval 66 de la virole 44 en deux parties, et s'étendant vers l'amont. Les lames 72 comportent, dans leur partie aval, un bord tombé doublement vers l'intérieur d'abord 76, puis vers l'amont 78, formant ainsi crochet qui sert à l'asservissement en position des secteurs 84 portant la garniture d'étanchéité 86 aux dilatations de la virole intérieure 44. De même, les lames 74 comportent dans leur partie amont un bord tombé doublement vers l'intérieur d'abord 80, puis vers l'aval 82, formant ainsi crochet qui sert à l'asservissement en position des secteurs portant la garniture d'étanchéité aux dilatations de la virole intérieure 44.

[0029] Les secteurs 84 portant la garniture d'étanchéité comportent des raidisseurs 88 évitant leur gauchissement mais laissant du jeu avec les éléments 56 et 64 de la virole 44. Dans leur partie amont (respectivement aval) les secteurs 84 portant la garniture d'étanchéité comportent :

- d'une part, vers l'extérieur, des raidisseurs 90 à bord tombé vers l'amont (respectivement aval) 92 qui s'inséreront au montage de la partie aval sur la partie amont de la virole 44, entre les crochets 80, 82 (respectivement 76, 78) ;

- d'autre part, vers l'intérieur, un flasque comportant un logement 94 pour la mise en place d'un joint d'étanchéité avec les brides radiales 52 (respectivement 73) et un bourrelet 96 de retenue des garnitures d'étanchéité 86.

[0030] Nous reportant maintenant à la figure 3, on va expliquer schématiquement comment fonctionne la ventilation qui n'a pas été représentée sur les figures 1 et 2.

[0031] L'air prélevé d'un des étages aval de compresseur arrive d'une façon connue par des trous 100 percés dans la partie amont 2 du carter de turbine et régulièrement répartis le long de la périphérie de ce carter. Cet air de ventilation est réparti, suivant la flèche A, dans l'enceinte 102 formant chambre de tranquillisation. Une partie de cet air impose sa température par une multiplicité de trous 104 à la virole intérieure 44, tant dans la partie cylindrique la plus en amont 46, d'où il est conduit à l'aval du distributeur 106 selon les flèches B et C, que dans la partie médiane ou aval où se trouvent des languettes de solidarisation 56, 64 et/ou d'asservissement 72 et 74, selon les flèches D (autour des crochets 32) et E, par les trous 104 sur les languettes solidaires de la partie amont de la virole intérieure. De la même façon, la partie aval de l'anneau est ventilée (flèches E') par une multiplicité de trous également repérés 104 percés dans les languettes (de solidarisation ou d'asservissement) de la partie aval, en passant, pour la partie droite de la figure 3, autour des crochets 34.

[0032] L'air de ventilation ayant traversé la virole intérieure 44 dans la partie en regard des secteurs passe au travers des raidisseurs aval 90 (voir figure 1) des secteurs par des trous 108 régulièrement répartis dans l'enceinte 108' selon la flèche F, d'où il s'échappe dans une enceinte aval 118 par des trous 110 percés dans la partie monolithique aval 66 de la virole 44, suivant les flèches F'.

[0033] La partie de l'air circulant entre l'anneau 20 et la virole 44 ventile également l'intérieur de l'anneau 20, mais avec un temps de réponse beaucoup plus long, du fait du calorifugeage 24.

[0034] Une autre partie de l'air de ventilation arrivant dans l'enceinte 102 ventile également l'extérieur de l'anneau 20, en suivant le parcours suivant : par des trous 112, régulièrement répartis sur le prolongement conique 10, il pénètre selon la flèche G dans l'enceinte 114 comprise entre carter médian 4 et anneau 20, la partie extérieure de cet anneau 20 et notamment ses nervures de raidissage étant convenablement calorifugées ; cette partie de l'air s'échappe de l'enceinte 114 par des trous 116 percés dans le prolongement conique intérieur 14 du carter aval 6, suivant la flèche H, et il se mélange dans l'enceinte 118 avec l'air de ventilation ayan-- suivi le trajet ci-dessus décrit (flèches D, E ou E', F, F').

[0035] Il est rappelé que la figure 2 ne montre que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention, et non le détail des éléments accélérateur d'échange (répartition des trous, ailettes d'échange, picots, etc...) qui permettent d'assurer :

- d'une part une température homogène aussi bien périphériquement que longitudinalement, cette répartition étant bien entendu fondamentale pour obtenir qu'il n'y ait pas d'ovalisation thermique de l'anneau 44 en deux parties. Mais cette répartition fait partie du savoir-faire de l'homme de métier ;

- d'autre part une température maximale relativement modérée (celle qui correspond à la température à la sortie de l'étage de compresseur où le prélèvement est effectué), ceci afin que les languettes d'asservissement 72, 74 travaillent dans le domaine élastique lorsque l'on substitue l'asservissement à long temps de réponse par l'anneau 20 dit deuxième asservissement à l'asservissement à court temps de réponse par la virole 44 dit premier asservissement. Le métal de cette virole sera donc préférablement un métal ayant à la fois un coefficient de dilatation relativement élevé et un domaine d'élasticité allant jusqu'à des températures de l'ordre de 450 à 500°C, du type désigné par Z 50 NMC 12 (Norme AFNOR).

[0036] L'action de substitution dudit deuxième asservissement peut se faire soit directement par appui des crochets sur l'extrémité des bords tombés 92 des secteurs portant les garnitures d'étanchéité, soit, comme cela est représenté aux dessins annexés, par appui indirect, par l'intermédiaire des crochets 78, 82, respectivement d'une part à l'aval des languettes 72 et tournés vers l'amont et d'autre part à l'amont des languettes 74 et tournés vers l'aval.

[0037] De préférence, les secteurs d'étanchéité auront une dimension périphérique telle qu'ils soient asservis à la fois par au moins trois portées des crochets solidaires de la virole intérieure 44 et aussi par au moins trois portées directes ou indirectes des crochets 32 et 34 fixés à la virole extérieure 20. Sur la figure 2 on a représenté le cas où cet asservissement est par trois portées seulement.

[0038] Les limites de secteurs adjacents sont tracées sur la figure 2 en traits interrompus. Les "surfaces d'appui" sont représentées en hachures croisées. On voit que le secteur inférieur de la figure 2 est asservi par deux appuis amont et un appui aval tandis que les secteurs adjacents sont asservis par deux appuis aval et un appui amont.

[0039] Ces surfaces d'appui doivent tenir compte du fait que les languettes d'asservissement 72 et 74 prennent en fin de stabilisation thermique, après une accélération, une obliquité, du reste minime, par rapport à leur position parallèle à l'axe représenté aux dessins. L'homme de métier comprendra aisément que pour éviter tout risque de coincement, il est nécessaire de donner un très léger "arrondi" notamment aux appuis quasi cylindriques des crochets 32 et 34 et aux bords tombés 92 amont et aval des - secteurs 84. Cet arrondi est du reste très faible et de ce fait n'a pas été représenté aux dessins, mais il faut remarquer qu'il évite de donner du jeu entre les surfaces d'appui, au bénéfice de la précision de la position radiale des secteurs 84.

[0040] Bien entendu, on ne sortirait pas du cadre de la présente invention par l'emploi de moyens équivalents, notamment par une répartition différente des points d'appui des crochets imposant la position des secteurs portant la garniture d'étanchéité successivement suivant le premier mode d'asservissement puis suivant le second. Par exemple, les crochets 32 (respectivement 34) et 82 (respectivement 78) peuvent être légèrement décalés périphériquement ce qui permet d'avoir des secteurs trapézoïdaux sur quatre appuis voisins des quatre coins d'un trapèze, aussi bien lorsque les secteurs sont asservis aux dilatations de la virole 44 que quand ils le sont à celles de l'anneau 20.

[0041] Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 4 à 7, on relève suivant la figure 4 les différences ci-après par rapport au mode de réalisation représenté sur la figure 1 :

- les joints 94 amont et aval sont supprimés ;

- il y a un jeu, respectivement j et j', appréciable entre les faces amont (respectivement aval) des secteurs 84 portant les garnitures d'étanchéité 86 et les brides radiales 52 (respectivement 73) et préférablement, le jeu en amont est un peu plus grand qu'à l'aval (par exemple 0,3 à l'amont et 0,1 à l'aval) ;

- il y a une prise de pression statique de paroi 120, dans la partie aval de la plateforme extérieure du distributeur en amont de la roue mobile, prise de pression qui est raccordée par une canalisation 122 à une "entrée" d'un réducteur-régulateur de pression 124 qui sera décrit plus loin ;

- ce réducteur-régulateur est relié à un étage aval du compresseur par'une canalisation 126 et à l'enceinte 102 (voir figure 6) par une canalisation 128 ;

- la virole 46 comporte vers l'aval préférentiellement des accélérateurs d'échange sous forme d'ailettes 130 (voir aussi figure 5) à tout le moins sur leur face extérieure, plutôt que sous forme de multitrous tels que 104, plus nombreux au contraire dans la partie antérieure de ladite virole 46 ;

- sur les languettes de solidarisation 64 sont fixés vers l'intérieur par un moyen connu (soudage ou brasage) des éléments en forme de cornière 132 (voir aussi figure 5), se recouvrant avec jeu entre eux, en vue de créer une perte de charge entre l'enceinte amont 134 et l'enceinte arrière 136, comprises entre respectivement les éléments de structure 48, 50 ou les secteurs 84 et la virole 46 pour l'enceinte 134 et les éléments de structure 58, 70 et la partie cylindrique aval 66 de la virole 44 pour l'enceinte 136. Bien entendu, ces éléments en forme de cornière 132 laissent également du jeu avec les secteurs 84, et leur longueur radiale est telle que ce jeu s'annule pratiquement lorsque la distance entre secteurs 84 et virole 44 est la plus faible (fin de décélération mécanique comme cela sera expliqué ultérieurement) ;

- enfin, les trous 110 sont agrandis et/ou augmentés en nombre et les trous 116 sont réduits en section et/ou en nombre en vue d'égaliser les pressions lorsque les débits suivant les flèches F' et H se réunissent, et en vue d'un abaissement de la pression dans l'enceinte 136.

[0042] Il est à remarquer qu'avec cette disposition, au plein gaz stabilisé, le jeu radial entre les secteurs 84 et le bord interne des éléments en cornière 132 est plus petit que dans les conditions de régime partiel stabilisé, ce qui augmente la perte de charge entre les enceintes 134 et 136 lorsque le moteur est à forte charge. Cela correspond au sens de variation de la pression dans la veine, puisque la chute de pression dans la roue mobile est d'autant plus grande que la charge du moteur est plus grande, bien que cet effet favorable soit partiellement compensé par le débit de fuite pouvant exister entre les éléments de cornière 132 et les éléments élastiques 72, 74 lorsque ceux-ci sont déplacés vers l'extérieur au cours des phases où le deuxième asservissement entre en action.

[0043] Pour la figure 6 on se reportera à la description qui en est donnée plus haut,les différences par rapport à la ventilation précédemment décrite étant expliquées ci-dessous.

[0044] Le débit d'air de ventilation provenant d'un étage aval de compresseur, par l'intermédiaire du réducteur-régulateur de pression 124, ayant traversé la virole 46, par les trous 104 débouchant dans l'enceinte 134, est en partie envoyé par le jeu j en amont des secteurs portant la garniture d'étanchéité suivant la flèche K. Comme il sera expliqué plus loin, le réducteur-régulateur de pression 124 assure dans l'enceinte 134 une surpression extrêmement réduite par rapport à la pression statique à la paroi, mesurée par la prise de pression 120. De ce fait, le débit selon la flèche K par le jeu j est réduit au minimum.

[0045] Une autre partie du débit arrivant dans l'enceinte 134 contourne les éléments en cornière 132, soit par le jeu faible entre chaque cornière 132 et ses voisines (flèche L voir aussi figure 5) soit par le jeu entre les cornières 132 et les secteurs portant la garniture d'étanchéité (flèche M), soit même dans certains cas par le jeu entre les cornières 132 et les éléments élastiques 72 et 74. Du fait de ces contournements et de la faiblesse de ces jeux, le débit d'air arrivant dans l'enceinte 136 est à une pression inférieure à celle existant dans l'enceinte 134. Une partie de ce débit passe par la fente j' suivant la flèche N, l'autre partie suivant le circuit décrit dans le brevet de base (flèches F et F').

[0046] Sur la figure 7 est représenté un réducteur-régulateur de pression 124. Il comporte un carter 138 muni d'un bossage 140 (sur la face à gauche de la figure) raccordé à la prise de pression statique de paroi 120 par la canalisation 122 (voir figure 4). Il comporte en outre un bossage 142 d'arrivée d'air prélevé à un étage aval de compresseur par la canalisation 126 (voir figure 4), par exemple le dernier, et un épanouissement local 144, terminé par un bossage 146, délivrant l'air à pression réduite et régulée par l'intermédiaire d'une canalisation 128 (voir figure 4) à l'enceinte 102.

[0047] A l'intérieur du réducteur-régulateur 124 est fixée, par un moyen connu non représenté, une chemise 148 qui comporte en regard du bossage 142 un trou 150 communiquant avec une enceinte annulaire 152 autour du tiroir 154 dont la fonction sera décrite plus loin. La chemise 148 comporte au droit de l'épanouissement local 144 une fente 156 destinée à réguler la pression alimentant l'enceinte 102. Le tiroir 154 comporte à ses deux extrémités des portées cylindriques 155 coopérant avec la partie interne de la chemise 148 par exemple par des segments ou des joints carbone 158. De plus, un trou oblique 160 met en communication l'enceinte annulaire 152 avec l'enceinte 162 du réducteur-régulateur à l'opposé du bossage 140. Le carter 138 est fermé par un couvercle 164, fixé par un moyen connu (par exemple par vissage) sur le carter 138, l'étanchéité entre carter 138 et couvercle 164 étant assurée par un joint 166.

[0048] Du fait du trou 160, la pression régnant en 162 du côté droit du tiroir sur la figure est égale à la pression prélevée à un étage aval de compresseur par exemple le dernier. Elle est donc plus forte que la pression régnant dans l'enceinte 168 du côté de l'arrivée de pression statique de paroi 120 par la canalisation 122 raccordée au bossage 140. En effet, la pression statique à la paroi en aval du distributeur correspond à la pression aval du compresseur, diminuée de la perte de charge dans la chambre et à la chute de pression statique dans le distributeur amont de la roue mobile (voire aux pertes de pression de un ou plusieurs étages de turbine en amont si le dispositif est employé pour une des roues BP de la turbine). La force s'exerçant sur le tiroir 154 vers la gauche égale à la différence de pression entre les enceintes 162 et 168 multipliée par la section interne de la chemise est équilibrée par un ressort 170.

[0049] Le fonctionnement du réducteur-régulateur est le suivant. Pour des conditions de fonctionnement déterminées (charge du moteur, altitude, vitesse de vol, etc...), on détermine les différents paramètres et notamment les dimensions du réducteur-régulateur 124, les dimensions de la fente 156, le diamètre et le nombre de spires du ressort 170, et la perte de charge dans les multitrous 104 pour que la pression régnant dans l'enceinte 134 soit très légèrement supérieure à la pression statique à la paroi à l'amont de la roue mobile. Le calcul correspondant dépend évidemment de chaque turbomachine et est à la portée de l'homme du métier. Si les conditions de fonctionnement (charge du moteur, altitude, vitesse de vol, etc...) changent, par exemple provoquant une augmentation de pression statique à la paroi à l'amont de la roue mobile, la pression prélevée au compresseur est généralement elle-même augmentée, ce qui va dans le bon sens. On supposera dans ce qui suit que cette augmentation de pression est insuffisante pour compenser complètement, compte tenu des pertes de charge dans les multitrous 104, l'augmentation de pression à la paroi de la veine de gaz chauds à l'amont de la roue mobile, ce qui est généralement le cas (dans le cas contraire, plusieurs moyens peuvent être employés : diaphragme sur la canalisation 126, changement de l'étage de prélèvement, modification du réducteur-régulateur, notamment de la position de sa fente). Dans ces conditions, le réducteur-régulateur permettra d'ajuster la pression dans l'enceinte 134 par le mécanisme suivant : l'augmentation de pression statique à la paroi à l'amont de la roue mobile est détectée par la prise de pression statique à la paroi 120, et est envoyée sur la face gauche (sur la figure 7) du tiroir 154 du réducteur-régulateur 124. De ce fait, le tiroir 154 se déplacera vers la droite, découvrant une section supplémentaire de la fente 156 de la chemise 148. La perte de charge dans cette fente diminuera du fait de l'augmentation de section de passage et il s'ensuivra une augmentation de pression dans l'enceinte 102 qui se répercutera après déduction des pertes de charge par les multitrous 104, dans l'enceinte 134. En jouant sur la forme de la fente 156, la pression dans l'enceinte 134 "suivra" la pression 120, c'est-à-dire qu'elle restera toujours supérieure, mais d'une quantité faible à la pression statique mesurée par la prise de pression 120. Là aussi c'est le savoir-faire de l'homme de métier qui permettra de donner à la fente 156 la forme permettant d'assurer que la pression dans l'enceinte 134 "suit" au plus près la pression à la paroi de la veine des gaz chauds, mais en restant toujours légèrement supérieure à la pression à la paroi de la veine.

[0050] Comme évoqué plus haut, la chute de pression qui se produit au cours du contournement des éléments en cornière 132 a pour conséquence que la pression dans l'enceinte 136 est plus faible que la pression dans l'enceinte 134. Cette chute de pression est dans le bon sens pour assurer dans l'enceinte 134 une pression pas trop supérieure à la pression dans la veine en aval de la roue de turbine. Toutefois, la chute de pression dans la veine est généralement supérieure à la chute de pression entre l'enceinte 134 et l'enceinte 136. C'est pour cette raison qu'il est préférable d'avoir un jeu j' vers l'aval positif mais inférieur au jeu j.

[0051] C'est pour augmenter la chute de pression entre enceinte 134 et enceinte 136 que, comme il est dit plus haut, les trous 110 sont dans cette version augmentés en nombre et/ou en section par rapport aux trous 110 du brevet de base. Ceci conduit, si l'on veut rassembler les débits suivant les flèches F' et H, par exemple pour servir au refroidissement d'un distributeur basse-pression aval, à diminuer en nombre et/ou en section les trous 116, afin d'égaliser les pressions dans l'enceinte 118 à un niveau plus bas, pratiquement égal à celui régnant dans l'enceinte 136, ceci afin de diminuer le débit suivant flèche N, passant par le jeu j'.

[0052] On ne sortirait pas, bien entendu, du cadre de la présente invention en employant deux réducteurs-régulateurs 124, l'un alimentant l'espace amont 134, via l'enceinte 102, l'autre alimentant l'espace aval 136 (par une canalisation non représentée analogue à la canalisation 128 mais débouchant directement dans l'enceinte 136), ce dernier réducteur-régulateur étant gouverné grâce à une canalisation analogue à la canalisation 122 par une prise de pression statique de paroi non représentée, analogue à la prise de paroi 120, et montée à l'avant de la plateforme extérieure du distributeur aval 107 de la roue de turbine. On ne sortirait pas non plus du cadre de la présente invention en employant un seul réducteur-régulateur 124, mais celui-ci comportant 2 fentes 156, décalées périphériquement avec, bien entendu, un épanouissement local 144 et un bossage de raccordement 146 en regard de chaque fente, le premier bossage de raccordement 146 alimentant l'enceinte 134 via l'enceinte 102 et les multitrous 104, le deuxième alimentant directement l'enceinte 136, par une canalisation non représentée, la section efficace de la fente alimentant l'enceinte 136 étant, pour chaque position du tiroir, plus faible que celle de la fente alimentant l'enceinte 102, en vue de tenir compte de la chute de pression statique dans la veine de gaz chauds, au passage de la roue mobile.

Revendications

1. Dispositif d'étanchéité d'aubages mobiles de turbomachine, du type comportant des secteurs portant une garniture d'étanchéité en matériau susceptible de s'user en cas de contact des extrémités d'aubes et de cette garniture, caractérisé en ce que lesdits secteurs (84) sont soumis, d'une part, pendant une phase transitoire d'accélération mécanique de la turbomachine, à un premier asservissement en position radiale par des éléments de liaison (76, 78, 80, 82, 92) à des éléments élastiques (72, 74) solidaires d'une virole intérieure (44) qui se dilate pendant ladite phase d'accélération mécanique par l'effet de la ventilation sur toute sa longueur et sa périphérie par de l'air prélevé à un étage aval de compresseur, d'une façon homogène, et que lesdits secteurs (84) sont soumis, d'autre part, pendant une phase de stabilisation thermique de la turbomachine succédant à la phase d'accélération mécanique, à un deuxième asservissement se substituant au premier, asservissement en position radiale par des crochets (34, 32) en appui sur les éléments élastiques (72, 74)à un anneau extérieur (20) qui se dilate pendant ladite phase de stabilisation thermique également par l'effet de la ventilation sur toute sa longueur et sa périphérie par de l'air prélevé à un étage aval de compresseur, d'une façon homogène, amené par une multiplicité de tuyaux débouchant dans des trous (100) percés dans le carter de turbine.

2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de liaison entre les secteurs (84) et les éléments élastiques (72₎ 74) sont constitués en amont et en aval par des bords tombés (92) des secteurs (84) insérés dans des crochets (76, 78, 80, 82) des éléments élastiques (72, 74).

3. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite virole intérieure (44) est en deux parties respectivement amont et aval, liées par des bords tombés (58, 62) de languettes de solidarisation (56, 64) solidaires respectivement des parties monolithiques amont (46) et aval (66) de la virole (44), lesdites languettes de solidarisation (56, 64) étant régulièrement réparties sur la périphérie et espacées entre elles.

4. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans chaque intervalle entre les languettes de solidarisation (56, 64) il y a une languette élastique (72, 74) respectivement liée alternativement à la partie amont (46) et à la partie aval (66) monolithiques de la virole intérieure (44).

5. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la virole intérieure (44) comporte une multiplicité d'accélérateurs d'échange thermique (104) répartis pour assurer l'homogénéité des températures de ladite virole intérieure (44) à la fois dans le sens longitudinal et dans le sens périphérique, pour toutes les conditions de fonctionnement.

6. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau extérieur (20) comporte des éléments raidisseurs radiaux (22) et des calorifugeages intérieur (24) et extérieur (26), ce dernier calorifugeant notamment les éléments raidisseurs (22) et en ce que cet anneau extérieur est centré dans le carter médian (4) au droit du dispositif par des éléments radiaux (12) appartenant au carter et (12') appartenant à une bride radiale (28) de l'anneau (20), coopérant entre eux, et par des éléments radiaux (16) appartenant au carter et (16') appartenant à une bride radiale (30) de l'anneau extérieur (20) et coopérant entre eux.

7. Dispositif d'étanchéité selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les crochets (34, 32) fixés sur l'anneau extérieur (20) s'appuient sur les bords tombés (92) des secteurs (84) par l'intermédiaire des crochets (78, 82) des languettes élastiques (72, 74) de la virole (44) substituant ainsi l'action d'asservissement aux dilatations de l'anneau (20) par l'intermédiaire des crochets (34, 32) à l'action d'asservissement aux dilatations de la virole (44), par l'intermédiaire des languettes (72, 74).

8. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la virole (44) à réponse rapide est en un métal ayant à la fois un coefficient de dilatation élevé et un domaine d'élasticité allant jusqu'à des températures de l'ordre de 450°C à 500°C.

9. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les débits d'air prélevées pour ventiler la virole intérieure (44) et pour ventiler l'anneau extérieur (20), proviennent du même étage de compresseur, et sont collectés dans une enceinte (102) servant de chambre de tranquillisation située en amont du dispositif d'étanchéité.

10. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'au moins un réducteur-régulateur de pression (124) est placé entre la canalisation (126) de prélèvement d'air au compresseur et un tuyau (128) débouchant dans un trou (100) du carter de turbine et comporte une entrée reliée par une canalisation (122) à une prise de pression (120) située dans la partie aval de plateforme extérieure d'un distributeur (100) placé en amont de l'aubage mobile de telle sorte que une pression toujours très faiblement supérieure à la pression statique à la paroi de la veine de circulation des gaz de la turbomachine est établie du côté radialement extérieur des secteurs (84) portant les garnitures d'étanchéité (86).

11. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 10, caractérisé en ce que le réducteur-régulateur de pression (124) se compose :

- d'un carter (138) fermé par un couvercle (164) et doublé par une chemise interne (148) comportant une fente (156) en face de la sortie du réducteur-régulateur (124) ;

- d'un tiroir (154) chargé par un ressort (170) et ménageant entre ses deux extrémités (155) coopérant avec la chemise (148) une enceinte annulaire (152) qui communique par un trou oblique (160) avec l'enceinte fermée (162) du réducteur-régulateur (124).

12. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 10 caractérisé en ce que des éléments en forme de cornière (132) se recouvrant entre-eux avec jeu sont fixées vers l'intérieur sur les languettes de liaison (64).

13. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que deux réducteurs-régulateurs de pression (124) alimentent respectivement, le premier, un espace amont (134) situé du côté radialement intérieur de la virole intérieure (44) en amont et au droit des secteurs (84) et le second, un espace aval (136) situé en aval des secteurs (84) entre les deux viroles (66, 70) radialement décalées appartenant à la virole intérieure (44).

14. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 10, caractérisé en ce que le réducteur-régulateur de pression (124) se compose

- d'un carter (138) fermé par un couvercle (164) et doublé par une chemise interne (148) comportant deux fentes (156) décalées périphériquement correspondant chacune à une sortie du réducteur-régulateur (124), la première sortie étant reliée à un espace amont (134) situé du côté radialement intérieur de la virole intérieure (44) en amont et au droit des secteurs (84) et la seconde sortie étant reliée à un espace aval (136) située en aval des secteurs (84) entre les deux viroles (66, 70) radialement décalées appartenant à la virole intérieure (44),

- d'un tiroir (154) chargé par un ressort (170) et ménageant entre ses deux extrémités (155) coopérant avec la chemise (148) une enceinte annulaire (152) qui communique par un trou oblique (160) avec l'enceinte fermée (162) du réducteur-régulateur (124),

la section efficace de la première fente (156) correspondant à la première sortie étant toujours plus forte que la section efficace de la seconde fente (156) correspondant à la deuxième sortie du réducteur-régulateur (124).

Dessins