ETANCHEITE PERFECTIONNEE

L'invention concerne un secteur angulaire d'un aubage de turbomachine, notamment un secteur angulaire d'un aubage tel qu’un redresseur équipant un compresseur ou tel qu’un distributeur équipant une turbine de la turbomachine.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Les moteurs à turbine à gaz comportent de manière connue des couronnes d’aubages internes fixes, qui sont montées dans des carters externes d'une veine de flux primaire du moteur et qui sont intercalées axialement entre des roues d’aubages mobiles de compresseur ou entre des roues d’aubages mobiles de turbine de ces moteurs. Chaque couronne d’aubages fixes est montée avec une étanchéité dynamique autour d’un rotor de compresseur ou de turbine. A cet effet, chaque couronne d’aubages fixes comporte intérieurement un bloc de matériau abradable qui est destiné à coopérer avec des joints à léchettes solidaires en rotation du rotor de compresseur ou de turbine associé pour permettre d’assurer une étanchéité aux gaz.

Une partie des gaz est néanmoins susceptible de s'insinuer entre les aubages fixes et les aubages mobiles des rotors de compresseur ou de turbine, en sens inverse du flux principal circulant dans la veine de flux primaire.

Les couronnes d’aubages internes fixes constituent des redresseurs lorsqu'elles sont intercalées entre des roues de compresseur, ou constituent des distributeurs lorsqu'elles sont intercalées entre des roues de turbine.

Dans le but de faciliter leur montage et de réduire leur coût de fabrication, les couronnes d’aubages fixes sont souvent réalisées sous la forme d'un assemblage de secteurs angulaires qui sont juxtaposés les uns à côté des autres jusqu'à former une couronne entière d’aubages fixes. Ces couronnes laissent ainsi apparaître un jeu inter-secteurs qui laisse subsister des passages de recirculation pour les gaz, non plus autour des pieds des secteurs angulaires, mais entre ceux-ci.

En effet, conventionnellement, une partie des gaz qui traversent d'amont en aval les aubages fixes a tendance à recirculer de l'aval vers l'amont à travers l'étanchéité qui est réalisée entre le bloc de matériau abradable et le joint à léchettes selon un débit de fuite que l'on cherche à maintenir aussi minimal que possible, car il affecte les performances du compresseur ou de la turbine correspondante. Une autre partie des gaz qui traverse d'amont en aval ces aubages a tendance à recirculer de l'aval vers l'amont en s'insinuant entre les secteurs en passant par le jeu entre les secteurs, aussi appelé jeu inter-secteurs.

La difficulté pour assurer un niveau satisfaisant d’étanchéité réside dans le fait que les secteurs angulaires de couronne se déplacent du fait des déformations mécaniques et thermiques survenant lors du fonctionnement du moteur. Ainsi, le jeu entre les secteurs et le débit de fuite varient au cours du fonctionnement du moteur. Le jeu à chaud lors du fonctionnement du moteur ne doit par ailleurs jamais être nul car un contact entre les plateformes des secteurs risquerait de provoquer une ovalisation du carter qui est extérieur à l'aubage fixe et/ou un matage des surfaces en contact, ce qui risquerait d'augmenter de manière drastique les contraintes s'exerçant sur l'aubage fixe, avec notamment pour conséquence un report de ces contraintes sur le carter extérieur du moteur qui reçoit l'aubage fixe.

Un report de ces contraintes peut avoir pour conséquence de causer une ovalisation du carter extérieur et de modifier de manière significative les jeux radiaux entre ce carter et les aubages mobiles voisins, avec un impact très négatif pour le moteur en terme de durée de vie.

Conventionnellement, l'étanchéité entre deux secteurs angulaires de couronne d'aubages fixes immédiatement voisins est assurée par des systèmes d’étanchéité à languettes interposés entre ces secteurs afin de limiter les fuites entre secteurs. Ces systèmes d'étanchéité peuvent être utilisés pour assurer l'étanchéité de secteurs de couronne d'aubages fixes placés dans la veine de flux primaire, et aussi, dans le cas d'un moteur à double flux, pour assurer l'étanchéité de secteurs de couronne d'aubages fixes placés dans la veine de flux secondaire.

Selon cette technologie, des languettes sont logées entre deux secteurs adjacents dans des logements qui ont été usinés dans les secteurs. Les languettes permettent de faire obstacle à l’écoulement des gaz passant par le jeu inter-secteurs.

Conventionnellement, un secteur angulaire de couronne d'aubages comporte, par rapport à l'axe de la couronne, une plateforme radialement extérieure sensiblement en forme de tronçon angulaire de cylindre, une plateforme radialement intérieure en forme de tronçon angulaire de cylindre, au moins deux aubes qui s'étendent entre lesdites plateformes, un pied lié à la plateforme intérieure et au moins un bloc de matériau abradable en nid d'abeilles qui s'étend intérieurement au pied. Les languettes interposées entre deux secteurs sont enchâssées dans la masse des deux pieds adjacents des deux secteurs et dans des logements en vis-à-vis des plateformes intérieures et extérieures adjacentes des deux secteurs.

Ces languettes sont toutefois peu aisées à monter. En outre, elles nécessitent la réalisation de logements dans les secteurs angulaires d'aubages fixes, qui sont d'un coût de fabrication élevé.

En ce qui concerne l'étanchéité réalisée intérieurement à la plateforme intérieure, les languettes ne peuvent de plus pas être agencées suivant toute l'épaisseur radiale du pied. Par conséquent, il subsiste entre les secteurs des jeux par lesquels les gaz peuvent circuler.

Il existe donc un besoin pour une technologie d'étanchéité alternative permettant de se dispenser de telles languettes et d'améliorer l'étanchéité entre les secteurs d'aubage fixe. Le document FR-2.552.159-A1 décrit une technologie dans laquelle des bords des plateformes intérieures sont conformés selon un profil en Z. Cette configuration améliore l'efficacité de l'étanchéité mais est limitée aux plateformes et ne s'applique qu'à un distributeur dont le bloc de matériau abradable n'est pas sectorisé.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

L'invention propose de tirer parti du bloc de matériau abradable existant agencé à l'intérieur de la plateforme intérieure pour assurer une étanchéité directement entre des parois d'extrémités transversales de deux secteurs angulaires adjacents.

Dans ce but, l'invention propose un secteur angulaire d'une couronne d’aubages fixes de turbomachine, notamment de redresseur ou de distributeur, ledit secteur s'étendant suivant un angle déterminé autour d'un axe de la couronne d’aubages fixes et comportant, par rapport à l'axe de ladite couronne d’aubages fixes, une plateforme radialement extérieure, une plateforme radialement intérieure, au moins deux aubes qui s'étendent entre lesdites plateformes, et au moins un bloc de matériau abradable en nid d'abeilles qui s'étend intérieurement à la plateforme intérieure entre des extrémités transversales du secteur.

Le bloc de matériau abradable en nid d'abeilles comporte par exemple une face radialement intérieure d'étanchéité radiale qui est configurée pour coopérer avec des léchettes d'un joint à labyrinthe porté par un rotor de la turbomachine.

Conformément à l’invention, ce secteur angulaire est caractérisé en ce que le bloc de matériau abradable comporte au moins une paroi d'extrémité transversale qui est conformée selon un profil denté comportant au moins une dent d'orientation radiale s'étendant suivant toute une épaisseur radiale dudit bloc.

Selon d'autres caractéristiques du secteur angulaire : - le bloc de matériau abradable s'étend jusqu'à la plateforme intérieure,

- chaque au moins une dent fait saillie transversalement à partir dudit bloc et est réalisée dans ledit matériau abradable en nid d'abeilles dudit bloc,

- le profil denté présente, en section dans un plan perpendiculaire à la direction radiale, une forme en dents de scie,

- le profil denté présente, en section dans un plan perpendiculaire à la direction radiale, une forme crénelée,

- le profil denté comporte une unique dent conformée en tenon,

- l'unique dent conformée en tenon s'étend à partir d'une des extrémités axiales du bloc,

- le matériau abradable en nid d'abeilles du bloc comporte des alvéoles tubulaires orientées radialement.

L'invention concerne aussi un assemblage de deux secteurs angulaires adjacents du type décrit précédemment, caractérisé en ce que lesdites au moins une paroi d'extrémité transversale conformée selon un profil denté desdits secteurs angulaires adjacents sont tournées l'une vers l'autre, et en ce que lesdits profils dentés sont complémentaires.

L'invention concerne enfin une couronne d’aubages fixes de turbomachine comportant une pluralité de secteurs angulaires de couronne d’aubages fixes, caractérisé en ce qu'elle comporte un nombre déterminé de secteurs dont la juxtaposition forme la totalité de la couronne d’aubages fixes, en ce que chaque secteur angulaire comporte deux parois d'extrémités transversales opposées qui sont conformées selon des profils dentés comportant chacun au moins une dent d'orientation radiale et en ce que chaque secteur angulaire est assemblé avec chacun des secteurs angulaires qui lui sont adjacents dans un assemblage du type décrit précédemment. DESCRIPTION DES FIGURES

L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une turbomachine selon l'état de la technique,

- la figure 2 est une vue de détail en coupe d'une turbine de la turbomachine de la figure 1 ,

- la figure 3 est une vue en de détail en coupe d'un compresseur de la turbomachine de la figure 1 ,

- la figure 4 est une vue en perspective d'un assemblage de secteurs angulaires d'aubage selon l'invention,

- la figure 5A est une vue en coupe d'un secteur de couronne d'aubages selon l'état de la technique,

- la figure 5B est une vue en coupe d'un secteur de couronne d'aubages selon l'invention,

- la figure 6 est une vue schématique en coupe d'un premier profil denté d'un bloc de matériau abradable d'un secteur de couronne d'aubages selon l'invention,

- la figure 7 est une vue schématique en coupe d'un deuxième profil denté d'un bloc de matériau abradable d'un secteur de couronne d'aubages selon l'invention,

- la figure 8 est une vue schématique en coupe d'un troisième profil denté d'un bloc de matériau abradable d'un secteur de couronne d'aubages selon l'invention,

- la figure 9 est une vue schématique en coupe d'un quatrième profil denté d'un bloc de matériau abradable d'un secteur de couronne d'aubages selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE

Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.

Par direction axiale, on désignera par extension toute direction parallèle à un axe A d'une turbomachine, et par direction radiale toute direction perpendiculaire et s'étendant radialement par rapport à le direction axiale.

On a représenté à la figure 1 une turbomachine 10 d'axe A du type à double flux. Une telle turbomachine 10, ici un turboréacteur 10, comporte de manière connue une soufflante 12, un compresseur basse pression (BP) 14, un compresseur haute pression (HP) 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression (HP) 20, une turbine basse pression (BP) 22 et une tuyère d'échappement 24. Le rotor du compresseur HP 16 et le rotor de la turbine HP 20 sont reliés par un arbre haute pression HP 26 et forment avec lui un corps haute pression. Le rotor du compresseur BP 14 et le rotor de la turbine basse pression BP 22 sont reliés par un arbre BP 28 et forment avec lui un corps basse pression.

Les corps haute et basse pression sont traversés par un flux d'air primaire "P" et la soufflante 12 produit un flux d'air secondaire "S" qui circule dans le turboréacteur 10, entre un carter 11 et une enveloppe externe 13 du turboréacteur, dans un canal de flux froid 15. En sortie de la tuyère 24, les gaz issus du flux primaire "P" sont mélangés au flux secondaire "S" pour produire une force de propulsion, le flux secondaire "S" fournissant ici la majorité de la poussée.

Les compresseurs BP 14 et HP 16 et les turbines HP 20 et BP 22 comportent chacun respectivement plusieurs étages de compresseur ou de turbine. Comme l'illustre par exemple la figure 2, la turbine BP 22 comporte plusieurs roues d'aubages mobiles 22a, 22b, 22c, 22d, 22e de turbine dont les aubages sont portés par des viroles 30a, 30b, 30c, 30d, 30e associées qui sont assemblées les unes aux autres par des boulons 36.

La turbine BP 22 comporte par ailleurs des couronnes d’aubages fixes 32a, 32b, 32c, 32d d'un diffuseur 32 qui sont intercalées entre les roues d'aubages mobiles 22a, 22b, 22c, 22d, 22e de turbine.

Chaque couronne d’aubages fixes 32a, 32b, 32c, 32d de diffuseur est formée d'un assemblage de secteurs 34a, 34b, 34c, 34d de couronne d'aubages fixes, assemblés autour de l'axe A de la turbomachine sur 360° de manière à constituer une couronne d’aubages fixes 32a, 32b, 32c, 32d complète autour de l'axe A de la turbomachine.

De la même manière, comme l’illustrent les figures 3 à 5B, le compresseur HP 16 de la turbomachine 10 peut comporter une série de roues 22a, 22b d’aubages mobiles de compresseur entre lesquelles sont intercalées des couronnes 32a d’aubages fixes de redresseur qui sont elles-mêmes réalisées sous la forme d’un assemblage de secteurs angulaires 34a de couronnes d’aubages fixes. Il sera donc compris que l’invention s’applique à tout assemblage de secteurs angulaires 34a de couronne d’aubages fixes 32a, qu’il s’agisse de secteurs angulaires 34a d’un redresseur destiné à un compresseur ou de secteurs angulaires 34a d’un diffuseur destiné à une turbine.

Comme l'illustre plus en détail la figure 3, une couronne d’aubages fixes 32a de compresseur est constitué d’un assemblage de secteurs angulaires 34a de couronne d’aubages. On voit que chaque couronne d’aubages fixes, et en particulier la couronne 32a, est placée dans la veine de flux primaire P en formant un jeu avec les roues adjacentes de compresseur 22a et 22b, et en particulier avec des viroles 30a et 30b de ces roues 22a, 22b. Une partie des gaz sous pression du flux primaire P, qui circule de l’amont vers l’aval, tend à s’insinuer entre les viroles 30a et 30b et le secteur angulaire 34a pour recirculer de l’aval vers l’amont selon un flux de recirculation rc, représenté par les flèches de la figure 3, qui tend à contourner le secteur angulaire 34a. L’existence de ce flux de recirculation rc est particulièrement pénalisante. Le flux de recirculation rc tend à diminuer les performances du compresseur, ou similairement lorsqu’il s’agit d’une turbine, les performances de ladite turbine. C’est la raison pour laquelle les conceptions actuelles tendent à minimiser ce flux de recirculation rc en équipant le secteur angulaire 34a de moyens d’étanchéité avec la virole qu’il entoure.

Comme l’illustre la figure 3, chaque secteur 34a s'étend suivant un angle déterminé autour de l’axe de la couronne 32a, qui correspond à l’axe A de la turbomachine précédemment illustré sur la figure 1.

Par "inférieur", on désignera tout positionnement proche de l'axe A selon la direction radiale alors que par "supérieur", on désignera tout positionnement plus éloigné de l'axe A selon la direction radiale que le positionnement inférieur. Enfin, par "transversal" on désignera tout plan ou toute surface comprenant l'axe A et parallèle à un plan de section d'un secteur 34.

Conventionnellement, chaque secteur 34a comporte, par rapport à l'axe A de la couronne 32a, une plateforme 38a radialement extérieure, une plateforme 40a radialement intérieure, au moins deux aubes 42a qui s'étendent entre lesdites plateformes 38a, 40a, un pied 43a qui s’étend radialement vers l’intérieur à partir de la plate-forme intérieure 40a et au moins un bloc 44a de matériau abradable en nid d'abeilles qui s'étend donc par conséquent intérieurement lui aussi à la plateforme intérieure 40a entre des extrémités transversales (non représentées) du secteur angulaire 34a.

Une face radialement intérieure d'étanchéité radiale 46a est configurée pour coopérer avec des léchettes 48a d'un joint à labyrinthe 50a porté par un rotor de la turbomachine, ici la virole 30a.

Cette configuration permet sensiblement de réduire l’intensité du flux de recirculation rc circulant entre le secteur 34a et la virole 30a. Toutefois elle n’a pas d’influence sur le flux de recirculation entre deux secteurs 34a adjacents. Conventionnellement, l’étanchéité entre des secteurs adjacents 34a est réalisée par l’intermédiaire de languettes (non représentées) qui sont reçues dans des logements en regard des secteurs adjacents 34a et qui sont agencés entre ces secteurs 34a pour former une barrière au flux de recirculation rc entre les secteurs 34a. Cette configuration est particulièrement coûteuse car elle nécessite de réaliser des logements pour les languettes notamment dans les pieds 43a et car elle impose des précautions de montage particulières, notamment en ce qui concerne les secteurs qui sont destinés à fermer l’ensemble de l’aubage lors de son montage.

Comme l’illustre la figure 4, l'invention propose de simplifier l’étanchéité entre les secteurs 34a en tirant parti du bloc 44a de matériau abradable déjà présent radialement à l'intérieur de la plateforme intérieure 40a de manière à assurer une étanchéité directement entre des parois d'extrémités transversales de deux secteurs angulaires adjacents.

Dans ce but, comme l’illustre la figure 4, l'invention propose un secteur angulaire 34a d'une couronne d’aubages fixes de turbomachine du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le bloc 44a de matériau abradable comporte au moins une paroi d'extrémité transversale 52a qui est conformée selon un profil denté 54a1 , 54a2 comportant au moins une dent 56a1 , 56a2 d'orientation radiale R, ladite au moins une dent 56a1 , 56a2 radiale s'étendant suivant toute une épaisseur radiale dudit bloc 44a.

Ainsi, la figure 4 représente un assemblage de deux secteurs angulaires 34a de couronne d’aubages fixes. Chacun de ces deux secteurs angulaires 34a de couronne d’aubages fixes comporte une paroi d’extrémité transversale 52a qui est tournée vers la paroi d’extrémité transversale 52a de l’autre secteur 34a de couronne d’aubages fixes.

Comme l’illustre plus particulièrement la figure 6, le bloc 44a de l’un des secteurs 34a comporte un profil denté 54a1 comportant au moins une dent 56a1 et le bloc 44a de l’autre des secteurs 34a comporte un profil denté 54a2, complémentaire du profil denté 54a1 , qui comporte au moins une dent 56a1. L’étanchéité est donc assurée en sens inverse du flux primaire P par la coopération des parois d’extrémité transversale 52a et de leurs profils dentés 54a1 et 54a2 complémentaires.

La couronne d’aubages fixes 32a comporte un nombre déterminé de secteurs 34a de couronne dont la juxtaposition forme la totalité de la couronne d’aubages fixes 32a et elle comprend au moins deux de ces secteurs angulaires de couronne d’aubages 34a comportant des profils dentés complémentaires 54a1 , 54a2. Il sera compris que bien évidemment, tous les secteurs 34a de couronne comportent de préférence des profils dentés. Ainsi, chaque secteur angulaire 34a est assemblé avec chacun des secteurs angulaires 34a qui lui sont adjacents dans un assemblage du type décrit précédemment, et chaque bloc 44a comporte à ses deux extrémités des parois d'extrémités transversales opposées 52a qui sont conformées selon des profils dentés 54a1 , 54a2 destinés à coopérer avec les profils dentés 54a1 , 54a2 à dents d'orientation radiale des blocs 44a adjacents.

Dans le mode de réalisation préféré de l’invention, le bloc de matériau abradable 44a du secteur 34a s'étend jusqu'à la plateforme intérieure 40a. Cette configuration a été représentée à la figure 5B. Par rapport à un secteur angulaire 34a conventionnel comme celui qui a été représenté à la figure 5A, le pied 43a a été supprimé et le bloc 44a de matériau en nid d’abeilles a été étendu radialement jusqu’à la plateforme intérieure 40a de manière à conférer une hauteur maximale au bloc 44a de matériau en nid d’abeilles, et ce faisant, à lui conférer une étanchéité maximale. Par ailleurs, cette configuration permet de se dispenser de la mise en place d’un système d’étanchéité conventionnelle à languettes agencé sur le pied 43a.

De préférence, comme l’illustre la figure 4, chaque plate-forme intérieure 40a comporte un bord d’extrémité 58a qui est conformé selon un profil denté 60a1 , 60a2 qui se superpose au profil denté 54a1 , 54a2 du bloc de matériau en nid abeilles 44a correspondant. Ainsi, les profils dentés 60a1 , 60a2 sont eux aussi complémentaires l’un de l’autre. Cette configuration n’est toutefois pas limitative de l’invention, et les bords d’extrémité 58a des plates-formes intérieures 40a pourraient être rectilignes.

Chaque dent 56a1 ou 56a2 de chaque bloc 44a peut être réalisée de différentes façons. Par exemple, les dents 56a1 ou 56a2 pourraient être rapportées au bloc 44a, pourvu qu’elles fassent saillie à partir du bloc 44a. Toutefois, chaque dent 56a1 ou 56a2 est réalisée de préférence directement dans le matériau abradable en nid d'abeilles du bloc 44a.

Le profil denté 54a1 , 54a2 du bloc de matériau en nid abeilles 44a peut prendre différentes configurations en fonction de l’étanchéité recherchée. Plus le nombre de dents 56a1 ou 56a2 est élevé, plus le profil 54a1 , 54a2 est à même de proposer un labyrinthe permettant de réduire efficacement le débit de flux de recirculation rc entre les secteurs angulaires adjacents 44a. En contrepartie, plus le nombre de dents 56a1 ou 56a2 est élevé, plus les tolérances d’ajustement de deux secteurs angulaires adjacents 44a sont réduites et plus ces secteurs adjacents 44a sont complexes à réaliser. Il sera donc compris que le nombre de dents 56a1 ou 56a2 résultera d’un compromis entre l’efficacité de la réduction du débit du flux de recirculation rc et le coût d’obtention de la couronne 32a formée des secteurs angulaires 34a, ce coût incluant la réalisation de ces secteurs 34a et leur assemblage.

Dans cette configuration, comme l’illustrent les figures 6 et 7, le profil denté 54a1 , 54a2 peut présenter, en section dans un plan perpendiculaire à une direction radiale R, une forme crénelée, c’est à dire comportant des dents de section sensiblement rectangulaire ou carrée.

En variante, comme l’illustre la figure 8, le profil denté 54a1 , 54a2 peut présenter, en section dans le plan perpendiculaire à la direction radiale R, une forme en dents de scie.

En variante, comme l’illustre la figure 9, le profil denté 54a1 , 54a2 de chaque secteur 44a peut comporter un tenon qui constitue l’unique dent 56a1 , 56a2. En ce cas, l'unique dent 56a1 , 56a2 conformée en tenon s'étend à partir d'une des extrémités axiales 62a1 ou 62a2 du bloc 44a.

Bien que cette configuration ne soit pas limitative de l’invention, il sera compris que le matériau abradable en nid d'abeilles du bloc 44a comporte des alvéoles tubulaires (non représentées) qui sont orientées radialement selon la direction radiale R. Cette configuration permet d’offrir le maximum de résistance au bloc de matériau 44a.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le matériau en nid d'abeilles du bloc 44a est obtenu par un procédé de fabrication additive. Cette configuration permet la formation d'alvéoles régulières et une conformation régulière des profils dentés 54a1 , 54a2 sans risque de détérioration comme pourrait risquer de le provoquer un procédé d'enlèvement de matière.

L’invention permet donc avantageusement d’assurer l’étanchéité entre des secteurs angulaires 32a de couronne d’aubages fixes de manière simple et efficace, et de limiter le débit du flux rc de recirculation entre ces secteurs angulaires 32a, ce qui permet d’améliorer de manière conséquente les performances d’un compresseur ou d’une turbine équipée de telle secteurs angulaires de couronne d’aubages 32a.