Anneau de turbine à gaz

Abstract

 Anneau de turbine monté sur un support annulaire fixé à l'intérieur du carter de turbine et constitué d'une succession de secteurs contigus en un matériau céramique abradable. Les secteurs (1) représentent des rainures axiales (1a, 1b) dans lesquelles s'engagent des doigts-supports (4) solidaires d'une virole (3) reliée au carter de turbine et assurant l'accrochage des secteurs (1) les uns à la suite des autres, ces doigts-supports d'accrochage (4) se trouvant logés dans les rainures (1a, 1b) à l'abri des réintroductions de ' gaz chauds. Application à la construction de turbines à gaz.

Description

[0001] Les brevets français publiés sous les numéros 2 371 575, 2 540 937, 2 540 938, 2 540 939 décrivent des anneaux de turbine à gaz comportant chacun d'une part un support annulaire fixé à l'intérieur du carter de turbine et d'autre part un anneau constitué au moins partiellement en un matériau d'usure (appelé ci-après "abradable") et fixé à son tour à l'intérieur de ce support annulaire. Dans la plupart de ces réalisations, ce dernier est en un matériau métallique, de sorte que lorsque le matériau d'usure est un matériau céramique, par suite de la grande différence entre les coefficients de dilatation des matériaux métalliques et des matériaux céramiques l'anneau en matériau céramique doit être formé de secteurs indépendants les uns des autres et accouplés par leurs extrémités respectives afin de permettre au rayon de l'anneau de suivre les variations du rayon du support annulaire en fonction des températures différentes que prend ce dernier pour les différents régimes de fonctionnement de la turbine. On évite ainsi que l'anneau ne soit soumis à des contraintes incompatibles avec la résistance mécanique du matériau céramique qui le constitue.

[0002] Par ailleurs, l'étanchéité entre secteurs contigus peut être assurée par des languettes engagées axialement dans des premières rainures pratiquées au même niveau radial sur les flancs en regard desdits secteurs contigus.

[0003] La présente invention a pour objet un anneau de turbine de ce genre, mais vise plus spécialement un mode d'accrochage perfectionné des secteurs sur le support annulaire afin d'y réduire au minimum les contraintes thermiques de traction que les matériaux céramiques ont du mal à encaisser.

[0004] Ainsi, à la différence du brevet français 2 371 575 mentionné en premier où les secteurs comportent sur leurs bords des cavités dans lesquelles sont montés des tubes, le mode d'accrochage de la présente invention se caractérise en ce que chaque secteur présente sur chaque bord axial d'un évidement médian ménagé à partir de la face radialement extérieure du secteur deux secondes rainures axiales espacées circonférentiellement, débouchant en vis à vis et dans lesquelles s'engagent les doigts-supports solidaires d'une virole reliée au carter de turbine et assurant l'accrochage des secteurs les uns a la suite des autres tout autour de la turbine, ces doigts-supports d'accrochage se trouvant logés dans les rainures à l'abri des réintroductions de gaz chauds.

[0005] D'ailleurs, l'étanchéité entre secteurs contigus peut être avantageusement assurée par des languettes engagées axialement dans des rainures adéquates pratiquées au même niveau radial sur les flancs en regard desdits secteurs contigus, de la façon décrite dans le brevet français 2 540 938 sus-mentionné.

[0006] Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, la virole comporte des orifices par lesquels passent des jets d'air de refroidissement, ces orifices étant inclinés de manière à diriger les jets sur lesdits doigts-supports.

[0007] Par ailleurs, des ressorts en disposés entre les secteurs et un élément cylindrique de virole externe assurent un contact positif entre doigts-supports et rainures axiales. La pression de ces ressorts contribue à l'amortissement des vibrations dont les secteurs pourraient être l'objet.

[0008] Selon une particularité technique de la présente invention, l'espace annulaire situé au-delà des secteurs dans le sens radial est subdivisé en deux cavités servant l'une pour le refroidissement des secteurs et l'autre pour le pilotage des dilatations du stator et par conséquent des jeux qui en résultent entre rotor et stator de turbine, ces deux cavités étant séparées par une tôle dont l'appui sur la face radialement externe des secteurs et l'étanchéité sont assurés par lesdits ressorts. L'isolation du carter de turbine vis à vis des gaz chauds se trouve également ainsi amélioré.

[0009] Ainsi, en assurant une meilleure tenue en service des secteurs en matériaux céramiques, la présente invention en permet l'utilisation, procurant de la sorte les avantages qui en découlent : protection thermique du stator, réduction du débit de ventilation des secteurs du fait de leur faible conductivité thermique.

[0010] Un avantage important qui résulte de la position des secondes rainures axiales de support à l'intérieur des secteurs est la protection thermique des doigts-supports ainsi obtenue. En outre, cette disposition permet seule d'adjoindre des joints d'étanchéité intersecteurs logés dans les rainures supplémentaires ménagées dans les bords axiaux de deux secteurs consécutifs.

[0011] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.

[0012] 

La figure 1 est une vue schématique partielle en coupe selon la ligne I-I de la figure 3, d'un mode de réalisation d'anneau de turbine conforme à la présente invention.

La figure 2 est une vue analogue en coupe circonférentielle selon la ligne II-II de la figure 1.

Les figures 3 et 4 son des vues en coupe radiale selon les lignes III-III et IV-IV respectivement de la figure 1.

La figure 5 montre en perspective la configuration des doigts-supports solidaires d'une virole de turbine. L'anneau illustré sur les dessins est constitué d'une succession circonférentielle de secteurs 1 en un matériau céramique abradable adéquat tel qu'un composite connu formé de fibres de carbure de silicium noyées dans une matrice de cette même matière, présentant une bonne tenue aux températures élevées, une faible conductivité thermique et de bonnes propriétés d'usure.

[0013] Chaque secteur céramique 1 comporte deux rainures axiales la, lb espacées circonférentiellement et en vis-à-vis l'une de l'autre. Ces rainures la, lb permettent l'accrochage du secteur 1 sur des doigts-supports 4 faisant saillie dans le sens axial d'une virole amont 3 reliée vers l'avant au carter de turbine en 3a et vers l'arrière à une virole aval 2. Cette dernière présente une encoche 8 obtenue par usinage pour permettre le centrage des doigts-supports 4.

[0014] Des ressorts 5 maintiennent les secteurs d'anneau 1 plaqués contre les doigts 4. L'étanchéité entre deux secteurs d'anneau adjacents est assurée par une languette 6 (en même composite céramique par exemple) que l'on glisse axialement dans deux rainures lc, ld pratiquées dans les flancs en regard des secteurs 1.

[0015] La ventilation de cet anneau de turbine est exécutée de la façon suivante :

[0016] Une cavité 9 située juste au-dessus de l'anneau est mise à une pression supérieure à la pression régnant dans la veine (grâce à de l'air du fond de chambre, prélevé dans l'enceinte de la chambre de combustion), ce qui a pour effet d'empêcher les remontées d'air chaud provenant de la veine. Les secteurs d'anneau 1 sont montés à froid légèrement pincés à l'amont et à l'aval, ce qui conduit à chaud à un léger jeu permettant l'évacuation de l'air de pressurisation de la cavité 9 et la ventilation des viroles 2 et 3 à leur rayon intérieur, comme montré par les flèches Fl sur la figure 3.

[0017] Une tôle 7 sépare la cavité 9 d'une cavité 10. Dans cette dernière cavité, on fait circuler l'air de pilotage, comme montré par les flèches F2, permettant de piloter les dilatations de l'ensemble en agissant sur la température des viroles 2 et 3. Cet air de pilotage de l'anneau support peut être prélevé à un étage intermédiaire du compresseur et réutilisé pour d'autres ventilations (distributeur BP par exemple) ou évacué dans le canal secondaire.

[0018] Les doigts-supports 4 peuvent être refroidis par jets d'air sortant d'orifices 11, comme le montrent les flèches F3 de la figure 5. Cet air de ventilation de l'anneau support peut être prélevé à un étage intermédiaire du compresseur et évacué ensuite dans le canal secondaire. La position des rainures la, lb permet de placer les doigts d'accrochage 4 dans une zone plus froide tout en ayant une température élevée pour les secteurs d'anneau 1, la forme proposée permettant une protection thermique efficace de l'accrochage.

Revendications

1. Anneau de turbine monté sur un support annulaire fixé à l'intérieur du carter de turbine et constitué d'une succession de secteurs contigus en un matériau céramique abradable, comportant au même niveau radial sur leurs flancs en regard des premières rainures axiales (lc, ld) dans lesquelles sont disposées des languettes d'étanchéité (6) caractérisé en ce que chaque secteur (1) présente sur chaque bord axial d'un évidement médian ménagé à partir de la face radialement extérieure du secteur (1) deux secondes rainures axiales (la, lb) espacées circonférentiellement, débouchant en vis à vis, et dans lesquelles s'engagent des doigts-supports (4) solidaires d'une virole (3) reliée au carter de turbine et assurant l'accrochage des secteurs (1) les uns à la suite des autres, ces doigts-supports d'accrochage (4) se trouvant logés dans les rainures (la, lb) à l'abri des réintroductions de gaz chauds.

2. Anneau de turbine selon la revendication 1 caractérisé en ce que la virole (3) comporte des orifices (11) par lesquels passent des jets d'air de refroidissement, ces orifices étant inclinés de manière à diriger les jets sur lesdits doigts-supports (4).

3. Anneau de turbine selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que des ressorts en (5) sont disposés entre la face radialement extérieure des secteurs (1) et la face interne correspondante d'un élément cylindrique de virole (2) de manière à assurer le contact positif entre doigts-supports (4) et rainures axiales (la, lb) de secteur.

4. Anneau de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'espace annulaire situé au-delà des secteurs (1) dans le sens radial est subdivisé en deux cavités (9, 10) servant l'une pour le refroidissement des secteurs et l'autre pour le pilotage des dilatations du stator et par conséquent des jeux qui en résultent entre rotor et stator de turbine, ces deux cavités (9, 10) étant séparées par une tôle (7) dont l'appui sur la face radialement externe des secteurs (1) et l'étanchéité sont assurés par lesdits ressorts (5).

Dessins