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Title:
MOVABLE RING ASSEMBLY FOR A TURBINE ENGINE TURBINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/065739
Kind Code:
A1
Abstract:
A movable ring assembly (4) for a turbine engine turbine (10) that is mounted between two successive rotor discs (20a) and (20b) of said turbine (10), said rotor discs (20a) and (20b) being fixed to each other by bolting, characterised in that it comprises: - a fixing ferrule (44) fixed between the upstream (20a) and downstream (20b) discs by the bolting thereof; a part forming a movable ring (42), said part supporting radial sealing members (32) and being fixed between the upstream disc (20a) and the ferrule (44); - and a seal (46) interposed between said part forming the movable ring (42) and the ferrule (44).

Inventors:
MILLIER, Vincent François Georges (MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
COMTE, François Pierre Michel (MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
GARNIER, Fabien Stéphane (MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
GENDRAUD, Alain Dominique (MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
GENILIER, Arnaud Lasantha (MOISSY-CRAMAYEL, 77550, FR)
Application Number:
FR2017/052746
Publication Date:
April 12, 2018
Filing Date:
October 06, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SAFRAN AIRCRAFT ENGINES (2 boulevard du Général Martial Valin, PARIS, 75015, FR)
International Classes:
F01D5/06; F01D5/30; F01D11/00; F01D11/02
Attorney, Agent or Firm:
REGIMBEAU (20 rue de Chazelles, PARIS CEDEX 17, PARIS CEDEX 17, 75847, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

Assemblage d'anneau mobile (4) de turbine (10) de turbomachine qui est monté entre deux disques de rotor (20a) et (20b) successifs de ladite turbine (10), lesdits disques de rotor (20a) et (20b) étant fixés l'un sur l'autre par boulonnage, caractérisé en ce qu'il comprend :

- une virole (44) de fixation fixée entre les disques amont (20a) et aval (20b), par le boulonnage de ceux-ci, et

- une pièce formant anneau mobile (42), ladite pièce portant des léchettes radiales d'étanchéité (32) et étant fixée entre le disque amont (20a) et la virole (44).

Assemblage d'anneau mobile (4) selon la revendication 1 , comprenant en outre un joint d'étanchéité (46) interposé entre la pièce formant anneau mobile (42) et la virole (44).

Assemblage d'anneau mobile (4) selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'anneau mobile (42) est fretté sur le disque amont (20a).

Assemblage d'anneau mobile (4) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la virole (44) comprend au moins une lunule (43) au-dessus de la liaison boulonnée (26).

5. Assemblage d'anneau mobile (4) selon la revendication 4, dans lequel la virole comprend plusieurs lunules réparties régulièrement au niveau d'une portion de surface tangentielle aval (441 ) de la virole (44).

6. Assemblage d'anneau mobile (4) selon l'une des revendications précédentes comportant un ensemble de rainures (52) et de tenons (54) assurant l'anti- rotation de l'anneau mobile (42) par rapport à la virole (44).

7. Assemblage d'anneau mobile (4) selon la revendication 6 dans lequel les rainures (52) sont disposées dans l'anneau mobile (42) et les tenons (54) s'étendent depuis la virole (44).

8. Assemblage d'anneau mobile (4) selon la revendication 7 dans lequel les rainures (52) de l'anneau mobile (42) sont disposées dans une bride d'anti- rotation (50) s'étendant à partir d'une surface annulaire interne de l'anneau mobile (42), et réparties de manière périodique sur une zone annulaire de ladite bride (50) éloignée de la surface annulaire interne de l'anneau mobile (42).

9. Assemblage d'anneau mobile (4) selon la revendication 7 dans lequel les tenons (54) sont répartis de manière périodique et régulière sur une surface annulaire externe de la virole (44), en regard des rainures correspondantes de la bride d'anti-rotation (50) de l'anneau mobile (42).

10. Assemblage d'anneau mobile (4) selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'anneau mobile (42) comprend en outre une bride annulaire amont (31 ) s'étendant à partir d'une portion de surface tangentielle amont (420) de l'anneau mobile et maintenant un anneau de retenue (27) en appui contre le disque aubagé amont (20a).

1 1 . Assemblage d'anneau mobile (4) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre une butée de maintien de l'anneau mobile (42), ladite butée comprenant un crochet (410) coopérant avec un alésage (412).

12. Assemblage d'anneau mobile (4) selon la revendication 1 1 , dans lequel le crochet (410) est formé sur l'anneau mobile (42) et l'alésage (412) est ménagé dans la virole (44).

13. Assemblage d'anneau mobile (4) selon la revendication 1 1 , dans lequel le crochet (410) est formé sur la virole (44) et l'alésage (412) est ménagé dans l'anneau mobile (42).

14. Turboréacteur comprenant un assemblage d'anneau mobile (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes.

Description:
ASSEMBLAGE D'ANNEAU MOBILE DE TURBINE DE TURBOMACHINE

DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention concerne un assemblage d'anneau mobile de turbine de turbomachine.

ETAT DE LA TECHNIQUE

La figure 1 représente un exemple d'une partie de turbine d'une turbomachine connue de l'état de la technique.

La turbine 10 se compose d'un distributeur formé d'une pluralité d'aubes fixes

12 disposées dans une veine d'écoulement 14 et d'une roue mobile placée derrière le distributeur et formée d'une pluralité d'aubes mobiles 16 également disposées dans la veine d'écoulement 14 et montées par leur pied dans des alvéoles 18 de disques de rotor 20a, 20b, 20c, 20d, 20e.

Les disques de rotor de la turbine 20a, 20b, 20c, 20d, 20e sont centrés sur l'axe longitudinal X-X et sont généralement assemblés entre eux au moyen de viroles amont 22 et aval 24 qui sont fixées entre elles par des liaisons boulonnées 26 traversant des brides de fixation 221 et 241 . Cet assemblage de disques est lui-même relié à un arbre de turbine (non représenté) pour être entraîné en rotation.

De plus, un anneau mobile 28 porteur de léchettes radiales 32 est disposé à la jonction entre chaque disque de rotor successif, en regard de l'aube fixe 12 correspondante.

Il est fixé dans la liaison boulonnée 26 et comprend une bride de maintien aval 30 venant en appui contre l'alvéole 18.

Certains anneaux mobiles 28 peuvent également comprendre une bride amont 31 assurant le maintien d'un anneau de retenue 27 en appui contre le disque aubagé (20a, 20b) en amont de l'anneau mobile.

Les léchettes radiales 32 de chaque anneau mobile 28 coopèrent avec la surface annulaire interne de l'aube fixe 12 en regard dudit anneau 28 et assurent ainsi, l'étanchéité entre la cavité amont et la cavité aval de la turbine.

Or, la portion annulaire externe de l'anneau mobile 28 est soumise à des températures très importantes du fait de la veine d'écoulement d'air chaud 14. Il en résulte un fort gradient thermique entre la portion annulaire externe des anneaux 28 et leur portion annulaire interne. Ce gradient entraine de fortes contraintes au niveau des brides de fixation 221 et 241 . Il conduit au phénomène dit « d'ouverture des brides » qui réduit la durée de vie des disques rotor de turbine de turbomachine.

Ce phénomène est plus particulièrement illustré sur la figure 2 qui constitue un agrandissement de la portion annulaire externe de la liaison boulonnée 26 entre les brides de fixation 241 de la virole aval 24 d'un disque amont, 221 de la virole amont 22 d'un disque aval, et 442 de l'anneau mobile 28 disposé entre le disque amont et le disque aval. La flèche verticale illustre le sens et la direction des contraintes mécaniques résultant du gradient thermique dans l'anneau mobile 28 qui se déforme. Il en résulte un fluage dudit anneau mobile 28. Les flèches horizontales représentent le phénomène d'ouverture de brides 241 et 221 qui accompagne le fluage.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

Un des buts de l'invention est d'augmenter la durée de vie des turbines de turbomachine en limitant le phénomène d'ouverture de brides au niveau de la jonction entre les disques de rotor successifs.

Un autre but de l'invention est de permettre une meilleure tenue mécanique des brides de jonction des disques de rotor successifs de turbine de turbomachine soumises à de fortes contraintes thermiques.

Un autre but de l'invention est d'assurer le refroidissement des alvéoles de jonction entre les disques de rotor et les aubes de turbine.

Un autre but de l'invention est d'assurer l'étanchéité entre les cavités amont et aval de la turbine.

Un autre but de l'invention est d'assurer le maintien d'anneaux de retenue au niveau de la jonction entre aube et disque de rotor.

Un autre but de l'invention est de simplifier la maintenance des turbines de turbomachine.

A cet égard, l'invention a pour objet un assemblage d'anneau mobile de turbine de turbomachine qui est monté entre deux disques de rotor et successifs de ladite turbine, lesdits disques de rotor et étant fixés l'un sur l'autre par boulonnage, caractérisé en ce qu'il comprend :

une virole de fixation fixée entre les disques amont et aval, par le boulonnage de ceux-ci, et une pièce formant anneau mobile, ladite pièce portant des léchettes radiales d'étanchéité et étant fixée entre le disque amont et la virole.

Avantageusement, mais facultativement, l'assemblage d'anneau mobile selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes :

il comprend en outre un joint d'étanchéité interposé entre la pièce formant anneau mobile et la virole,

l'anneau mobile est fretté sur le disque amont,

la virole comprend au moins une lunule au-dessus de la liaison boulonnée,

la virole comprend plusieurs lunules réparties de manière périodique au niveau d'une portion de surface tangentielle aval de la virole, l'assemblage d'anneau mobile comporte un ensemble de rainures et de tenons assurant l'anti-rotation de l'anneau mobile par rapport à la virole, - les rainures sont disposées dans l'anneau mobile et les tenons s'étendent depuis la virole,

lequel les rainures de l'anneau mobile sont disposées dans une bride d'anti-rotation s'étendant à partir d'une surface annulaire interne de l'anneau mobile, et réparties de manière périodique sur une zone annulaire de ladite bride éloignée de la surface annulaire interne de l'anneau mobile,

les tenons sont répartis de manière périodique et régulière sur une surface annulaire externe de la virole, en regard des rainures correspondantes de la bride d'anti-rotation de l'anneau mobile, - l'anneau mobile comprend en outre une bride annulaire amont s'étendant à partir d'une portion de surface tangentielle amont de l'anneau mobile et maintenant un anneau de retenue en appui contre le disque aubagé amont

- il comprend en outre une butée de maintien de l'anneau mobile, ladite butée comprenant un crochet coopérant avec un alésage,

- le crochet est formé sur l'anneau mobile et l'alésage est ménagé dans la virole, et - le crochet est formé sur la virole et l'alésage est ménagé dans l'anneau mobile.

L'invention a également pour objet une turbomachine, comprenant un assemblage selon la description qui précède. La solution proposée d'assemblage d'anneau mobile de turbine de turbomachine permet de dissocier la portion annulaire externe d'anneaux mobiles de la liaison boulonnée de sorte à ce que l'anneau mobile ne soit plus exposé au gradient de température. Les brides de disques subissent des contraintes fortement diminuées et leur durée de vie est significativement augmentée. En outre, la solution proposée permet de conserver les fonctions initiales des anneaux mobiles. En effet, l'étanchéité entre la cavité amont et la cavité aval est assurée grâce aux léchettes. De plus, la ventilation du fond d'alvéole du disque aval est toujours permise grâce aux lunules pratiquées dans la portion annulaire interne des viroles. Enfin, la bride de maintien aval est toujours en appui contre la jonction entre le disque et l'aube aval, et, si elle est présente, la bride de maintien amont maintient l'anneau de retenue en appuie contre le disque amont aubagé.

DESCRIPTION DES FIGURES

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 , déjà décrite, représente d'une partie de turbine d'une turbomachine connue de l'état de la technique,

La figure 2, déjà décrite également, illustre un phénomène d'ouverture de brides au niveau d'une liaison boulonnée de disques rotor de turbine de turbomachine,

La figure 3 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de l'invention, La figure 4a est une vue en en perspective d'un assemblage d'anneau mobile selon l'invention sans que la liaison boulonnée et le disque de rotor aval ne figurent,

- La figure 4b est une vue dans une autre perspective de même assemblage que la figure 4a, La figure 5a est une vue en coupe d'un premier exemple de réalisation de l'assemblage selon l'invention comprenant une butée de maintien,

La figure 5b est une vue en coupe d'un deuxième exemple de réalisation de l'assemblage selon l'invention comprenant une butée de maintien, et - La figure 5c est une vue en coupe d'un troisième exemple de réalisation de l'assemblage selon l'invention comprenant une butée de maintien.

DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION

On a représenté sur les figures 3, 4a et 4b un assemblage 4 d'anneau mobile de turbine de turbomachine qui comprend :

un anneau mobile 42 à léchettes d'étanchéité 32,

une virole 44 de fixation située immédiatement en aval de l'anneau mobile 42 par rapport au sens d'écoulement de l'air dans la turbomachine et un joint d'étanchéité 46 interposé entre l'anneau mobile 42 et la virole 44. Cet assemblage 4 est disposé entre un disque de rotor amont 20a et un disque de rotor aval 20b et relié à ceux-ci par l'intermédiaire d'une liaison boulonnée 26.

La liaison boulonnée 26 met en prise une bride de fixation 442 de la virole 44, une bride de fixation 241 d'une virole aval 24 s'étendant à partir d'une portion annulaire externe du disque amont 20a, et une bride de fixation 221 d'une virole amont 22 s'étendant à partir d'une portion annulaire externe du disque aval 20b. Cet assemblage assure l'étanchéité entre la cavité amont et la cavité aval, permet la ventilation du disque de rotor aval 20b et maintient un anneau de retenue 27 en appui contre le disque aubagé amont 20a.

On va à présent décrire plus en détails les différents composants de l'assemblage.

Anneau mobile

L'anneau mobile 42 est une pièce de révolution autour d'un axe X-X de la turbomachine. Il comprend une bride annulaire aval 30 venant en appui contre une alvéole 18 du disque de rotor aval aubagé 20b. Les surfaces annulaires externe et interne de cette bride ont été référencées par 301 et 302. L'extrémité 303 de la bride 30, en appui contre l'alvéole 18, peut en outre comprendre une gorge annulaire 304 configurée pour recevoir un joint d'étanchéité annulaire 305. Ainsi, lors de réchauffement de l'anneau mobile 42 soumis à l'écoulement d'air chaud, la dilatation radiale de l'extrémité 303 le long des parois de l'alvéole 18 n'entraîne pas de rupture d'étanchéité d'une cavité de diffusion d'air 60 ménagé entre la virole amont 22 du disque de rotor 20b, la bride 30 et la virole 44. Ainsi, le joint d'étanchéité annulaire 305 peut être en DMD0415 (HS25). L'espace 60 est notamment utile à la ventilation du disque aval 20b, comme il sera décrit plus précisément par la suite.

Des léchettes radiales 32 d'étanchéité s'étendent à partir de la surface externe

301 . Elles sont configurées pour coopérer en fonctionnement avec une surface interne 120 d'un moyeu annulaire portant les aubes fixes 12 du distributeur afin d'assurer l'étanchéité entre la cavité amont et la cavité aval située de part et d'autre du moyeu portant les aubes fixes 12.

L'anneau mobile 42 peut en outre comprendre une bride annulaire amont 31 qui s'étend à partir d'une collerette 420 de l'anneau mobile 42. Cette bride annulaire amont vient en appui contre l'anneau de retenue 27 afin de le maintenir contre le disque aubagé amont 20a. L'anneau de retenue 27 a pour fonction de retenir axialement les aubes mobiles 16.

L'anneau mobile 42 est fretté, au niveau de sa base, sur la virole aval 24 du disque de rotor amont 20a.

La liaison entre l'anneau mobile 42 et le disque de rotor amont 20a peut également servir à l'anti-rotation des différentes pièces de l'assemblage 4 les unes par rapport aux autres.

Enfin, l'anneau mobile 42 comporte une bride annulaire dite d'anti-rotation 50 s'étendant radialement vers l'intérieur à partir de la surface annulaire radiale interne 302 de l'anneau, et présentant une série de rainures 52 s'étendant radialement vers l'intérieur, de manière périodique tout autour de la bride 50. La fonction de la bride 50 et des rainures 52 sera détaillée par la suite.

Virole

La virole 44 comprend sur sa surface amont (surface 440) une gorge circonférentielle 45 configurée pour accueillir le joint d'étanchéité annulaire 46. Ce joint 46 est mis en compression entre la collerette 420 de l'anneau mobile 42 et la virole 44 par la liaison boulonnée 26. Ainsi, en cas de perte de la liaison entre l'anneau mobile 42 et la virole aval 24 du disque de rotor amont 20a, le joint 46 assure la continuité de l'étanchéité entre les cavités amont et aval de la turbine. De plus dans la mesure où le joint d'étanchéité 46 se trouve à l'interface entre deux pièces aux températures très différentes, c'est à présent à lui d'être soumis à fort gradient thermique. Par conséquent le joint d'étanchéité 46 peut être en DMD0415 (HS25).

Par ailleurs, la virole 44 présente également, du côté aval (surface 441 ) une ou plusieurs lunules de refroidissement 43 disposées au-dessus de la liaison boulonnée 26, par exemple une série de lunules circonférentielles 43 régulièrement réparties au niveau d'une portion de surface tangentielle aval 441.

Ces lunules 43 permettent une circulation d'air frais prélevé en amont de la turbine et circulant au travers de chaque liaison boulonnée 26. Cet air frais circulant depuis l'amont de la turbine est apte à passer à travers la lunule 43 jusque la cavité de diffusion d'air 60 avant de diffuser dans chaque alvéole 18 du disque 20b pour les ventiler.

La virole de fixation 44 se termine, en dessous desdites lunules 43 par une bride de fixation 442 qui est configurée pour permettre la fixation de la virole 44 dans la liaison boulonnée 26. Pour cela, la bride 442 présente une série d'ouvertures réparties périodiquement et destinées à venir en regard d'une série d'ouvertures similaires pratiquées respectivement dans les brides 241 et 221 des viroles aval 24 du disque amont 20a et amont 22 du disque aval 20b.

Anti-rotation À son extrémité opposée, la virole 44 peut comprendre une série de tenons d'anti-rotation 54 qui s'étendent en saillie par rapport au reste de ladite virole 44. Ces tenons sont espacés périodiquement tout autour de la virole 44 de sorte à être en regard de rainures 52 que présente de la bride 50 de l'anneau mobile 42 (figures 4a et 4b).

Les rainures 52 et tenons 54 sont configurés pour coopérer chacun les uns avec les autres tout autour de l'anneau 42 et de la virole 44 respectivement. Ils présentent donc des formes substantiellement complémentaires. L'anneau mobile 42 étant dissocié de la liaison boulonnée 26, ces rainures 52 et tenons 54 assurent le blocage en rotation des différentes pièces et la cohésion mécanique de l'assemblage 4.

En plus de l'arrêt en rotation, le système de rainure-tenon décrit ci-dessus peut assurer le centrage de l'anneau 42 dans l'assemblage 4 en cas de perte du frettage de l'anneau 42.

Alternativement ou en complément, l'arrêt en rotation peut être permis par un système de rainures-tenons pratiqués à l'interface entre l'anneau mobile 42 et la virole aval 24 du disque amont 20a. Dans ce mode de réalisation, la bride annulaire 50 est frettée sur la portion annulaire externe de la virole 44.

Maintien de l'anneau mobile

Dans un mode de réalisation illustré sur les figures 5a à 5c, l'assemblage 4 comprend en outre une butée de maintien 41 configurée pour assurer la stabilité de l'anneau mobile 42 en fonctionnement, notamment en cas de perte du frettage de l'anneau 42. En effet, l'assemblage 4 subit des sollicitations centrifuges importantes dues à la mise en rotation de la roue mobile. Il est donc essentiel de garantir la cohérence mécanique de l'assemblage 4, quelles que soient les conditions de fonctionnement.

Comme illustré sur la figure 5a, la butée de maintien 41 peut prendre la forme d'un crochet 410 formé par l'extrémité inférieure de l'anneau 42, et s'étendant vers l'amont de sorte à coopérer avec un alésage 412, de forme complémentaire à celle du crochet 410, et ménagé dans l'extrémité aval de de la virole aval 24.

Alternativement, comme illustré sur la figure 5b, le crochet 410 coopère avec un alésage 412 ménagé dans la portion amont 440 de la virole 44, par exemple sous la gorge circonférentielle 45 accueillant le joint d'étanchéité 46.

De manière alternative, comme illustré sur la figure 5c, le crochet 410 est formé par l'extrémité supérieure de la virole 44, et s'étend également vers l'amont de sorte à coopérer avec un alésage 412, de forme complémentaire à celle du crochet 410, et ménagé dans la portion aval de la collerette 420 de l'anneau 42.

La forme et les dimensions du crochet 410 et de l'alésage 412 peuvent varier en fonction de l'intensité du maintien recherché, mais aussi de considérations de facilité de montage, par exemple pour la maintenance. Il est ainsi possible de dimensionner l'alésage 412 de manière légèrement plus importante que le crochet 410, de sorte à laisser une marge de fonctionnement avant la mise en contact de la butée 41 pour ne pas tirer immédiatement sur la bride 442.

En outre, le crochet 410 peut avantageusement être fretté dans l'alésage 412, de sorte à favoriser le maintien offert par la butée 41 .

Par ailleurs, la butée de maintien 41 peut également comprendre plusieurs crochets 410 formés sur l'anneau 42 ou la virole 44, et coopérant avec plusieurs alésages 412 correspondant.

Enfin, le crochet 410 et l'alésage 412 peuvent être formés de révolution autour de l'axe longitudinal X-X, ou n'être formés que sur des portions angulaires successives, équiréparties ou non, autour de l'axe longitudinal X-X.

Grâce à la butée de maintien 41 , l'assemblage 4 est rendu plus robuste, notamment en cas de pertes de frettage de l'anneau mobile 42. Tenue mécanique et augmentation de la durée de vie

L'assemblage proposé permet donc une augmentation de la durée de vie de turbine de turbomachine par réduction du phénomène d'ouverture de brides au niveau des liaisons boulonnées qui relient les différents disques de rotor de turbine.

En effet, lors de l'écoulement d'air chaud dans la turbine 10, l'anneau mobile 42 va s'échauffer. Dans la mesure où il n'y a plus de continuité mécanique entre l'anneau mobile 42 et la liaison boulonnée 26, seul l'anneau mobile 42 va se dilater. Par conséquent la partie annulaire externe de la virole 44 de fixation ne va plus « tirer » sur la bride 442 et n'entraînera donc pas de contraintes importantes sur les autres brides 221 et 241 de la liaison boulonnée 26.

Par conséquent, la tenue mécanique des liaisons boulonnées 26 des turbines

10 de turbomachines comprenant un assemblage du type de l'assemblage 4 qui vient d'être décrit est améliorée. Il en résulte une augmentation de leur durée de vie.