WO2019122541A1 - Roue de turbine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une roue (34) de turbine comprenant une pluralité de pales reliés à une plate-forme annulaire (24) portant des léchettes annulaires (36, 38). Selon l'invention, l'une de la léchette amont (38, 46) et de la léchette aval (36) est d'un premier type ou d'un second type, le premier type correspondant à une léchette (36) avec la face amont (36a) qui est incurvée concave et la face aval (36b) qui est incurvée convexe et le second type correspondant à une léchette (38) avec les faces amont (38a) et aval (38b) qui sont sensiblement planes et parallèles l'une à l'autre.

Description

ROUE DE TURBINE

L’invention concerne une roue de turbomachine, telle qu’une roue de turbine, ainsi qu’une turbomachine comprenant une telle roue.

Classiquement, une turbomachine comprend un circuit annulaire d’air dit primaire et un circuit annulaire d’air dit secondaire. Le circuit d’air primaire s’étend d’amont en aval au travers de compresseurs basse et haute pression, d’une chambre de combustion et de turbines haute puis basse pression.

Comme représenté en figure 1 , la turbine 10 basse pression comprend une pluralité de roues 12 disposées axialement en alternance avec des rangées annulaires d’aubes de stator 14. Les roues 12 comprennent des aubes 16 portées par des disques 18 solidaires les uns des autres par l’intermédiaire d’un arbre de turbine basse pression entraînant en rotation l’arbre d’une roue de soufflante ou arbre de puissance et du rotor du compresseur basse pression. Les aubes 14 de stator sont portées radialement vers l’extérieur par un carter 20 de turbine.

Plus précisément, la partie droite de la figure 1 représente un agrandissement de la zone délimitée en pointillés sur la partie gauche de cette même figure. Chaque roue 12 de turbine comprend une plate-forme annulaire radialement interne 22 et une plate-forme annulaire radialement externe 24 entre lesquelles s’étend une pale 25, ces plates-formes 22, 24 pouvant être formées d’une pluralité de sections de plates-formes juxtaposés circonférentiellement bout à bout pour définir les limites interne et externe d’écoulement du flux d’air primaire. La plate-forme externe 24 comprend des léchettes 26a, 26b s’étendant radialement vers l’extérieur en direction d’un panneau abradable 28 porté par le carter 20 de turbine et formé d’une paroi 30 supportant une structure alvéolaire 32 dite en nid d’abeille.

La structure alvéolaire 32 peut présenter, comme cela est visible sur la figure 1 , deux pistes 32a, 32b de frottement des léchettes 26a, 26b, une première 32a étant agencée en amont et radialement à l’intérieur d’une seconde 32b agencée en aval de la première 32a. Dans cette configuration, la léchette 26a amont s’étend donc sur une distance radialement inférieure à la léchette aval 26b.

Il a été constaté que l’étanchéité entre les léchettes 26a, 26b et les pistes 32a, 32b de l’abradable 28 n’était pas satisfaisante. Ainsi, il a été proposé des léchettes présentant entre leurs extrémités interne et externe une inclinaison vers l’amont. Toutefois, ces léchettes ne sont pas totalement satisfaisantes puisque des circulations d’air parasites persistent entre l’abradable et les extrémités radialement externes des léchettes.

Dès lors, il existe un besoin d’amélioration des performances d’étanchéité à cet endroit d’une turbomachine de manière à améliorer le rendement de la turbomachine.

L’invention permet d’apporter une solution simple, économique et efficace aux problèmes précités.

A cette fin, elle propose une roue de turbomachine comprenant une pluralité de pales s’étendant radialement et reliées à l’une de leurs extrémités radialement interne ou externe à une plate-forme annulaire portant des léchettes annulaires s’étendant depuis ladite plate-forme dans un sens opposé à la pale entre une première extrémité radiale reliée à la plate-forme et une seconde extrémité radiale opposée libre, pour coopérer à étanchéité avec un anneau en vis-à-vis radial, caractérisée en ce que l’une de la léchette amont et de la léchette aval est d’un premier type ou d’un second type, le premier type correspondant à une léchette avec la face amont qui est incurvée concave et la face aval qui est incurvée convexe et le second type correspondant à une léchette avec les faces amont et aval qui sont sensiblement planes et parallèles l’une à l’autre, la première extrémité de ladite léchette étant agencée en aval de sa seconde extrémité.

L’intégration à l’une des extrémités amont ou aval d’une léchette du premier type ou du second type permet de diminuer le débit d’air parasite circulant radialement entre la roue et l’anneau en vis-à-vis radial en induisant une recirculation vers l’amont du débit d’air impactant la léchette. Cette diminution du débit d’air parasite s’avère plus importante lorsque la léchette selon l’invention est intégrée à l’extrémité amont ou aval de la plate-forme. En pratique, lorsque l’air impacte la face amont des léchettes, celui-ci tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, ce qui a tendance à le faire recirculer l’air vers l’amont et limite ainsi les circulations d’air entre la léchette et l’abradable.

Dans une réalisation préférée de l’invention, ladite léchette est agencée à l’extrémité aval de ladite plate-forme. Ce positionnement s’avère plus efficace en termes de réduction du débit d’air parasite que le positionnement à l’extrémité amont.

De plus, la réduction du débit d’air parasite est encore améliorée lorsque ladite léchette aval est du premier type.

Dans cette dernière configuration, il peut être intéressant d’intégrer une autre léchette annulaire du second type précité à l’extrémité l’amont de la plate-forme. Ce montage mixte avec une léchette à l’extrémité aval qui est du premier type et une léchette du second type à l’extrémité amont permet d’obtenir une bonne réduction du débit d’air parasite tout en évitant de trop compliquer la réalisation de la plate-forme avec les léchettes, celle-ci n’intégrant qu’une léchette du premier type qui est plus difficile à réaliser que la léchette du second type.

Dans un mode de réalisation de l’invention, la génératrice du cône de révolution passant par la première extrémité et la seconde extrémité d’une léchette est inclinée en oblique par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe de la roue d’une valeur strictement supérieure à 0° et inférieure ou égale à 60°, de préférence entre 15° et 45° et encore plus préférentiellement de l’ordre de 30°.

Selon encore une autre caractéristique de l’invention, les faces amont et aval de la léchette du premier type présentent un rayon de courbure sensiblement constant entre ses première extrémité et seconde extrémité.

L’invention concerne également une turbine de turbomachine, telle qu’une turbine haute pression, comprenant au moins une roue mobile du type décrit précédemment.

Elle comprend encore une turbomachine, telle qu’un turbopropulseur ou un turboréacteur, comprenant une telle turbine.

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

- la figure 1 , déjà décrite précédemment, est une vue schématique en coupe d’une turbine basse pression selon la technique antérieure ;

- les figures 2 et 3 sont des vues schématiques en coupe de l’extrémité radialement externe d’une roue de turbine selon l’invention et selon deux variantes de réalisation.

- Les figures 4, 5, 6 et 7 représentent les variantes de réalisations de l’invention.

On se réfère tout d’abord à la figure 2 représentant l’extrémité radialement externe d’une roue 34 de turbine selon l’invention comprenant une léchette 36 annulaire aval et une léchette 38 annulaire amont.

Comme cela est bien visible sur cette figure, la léchette 36 aval est d’un premier type différent du second type de la léchette 38 amont. La léchette 36 aval comprend une face amont 36a incurvée concave et une seconde face 36b aval incurvée convexe. La léchette 38 amont comprend une face 38a amont et une face 38b aval qui sont planes et sensiblement parallèles l’une à l’autre. Chacune des léchettes amont 38 et aval 36 comprend une première extrémité radiale 36c, 38c qui est reliée à la plate-forme 24 et une seconde extrémité radiale 36d, 38d opposée à la première extrémité 36c, 38c et formant une extrémité libre destinée à frotter à étanchéité avec la structure alvéolaire 32 du matériau abradable 28 comme déjà évoqué précédemment en relation avec la figure 1.

La première extrémité 36c, 38c de chacune de la léchette aval 36 et de la léchette amont 38 est agencée en aval de sa seconde extrémité 36d, 38d, ce décalage axial étant représenté sur la figure 2 par la droite 36e, 38e en pointillés passant par lesdites première extrémité 36c, 38c et seconde extrémité 36d, 38d des léchettes amont 38 et aval 36. Ces droites 36e, 38e sont inclinées en oblique vers l’amont par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe 40 de la roue 34. La léchette amont définie ainsi un premier type de léchette et la léchette aval définie un second type de léchette.

Lorsque l’air impacte la face amont 36a, 38a des léchettes 36, 38 celui-ci tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, ce qui a tendance à faire recirculer l’air vers l’amont et limite ainsi les circulations d’air entre les léchettes 36, 38 et l’abradable 32.

Dans une seconde réalisation d’une roue 42 de turbine de l’invention représentée en figure 3, la léchette aval 44 est du second type, c’est-à-dire avec une face amont 44a et une face aval 44b planes et parallèles l’une à l’autre tandis que la léchette amont 46 est du premier type c’est-à-dire avec une face amont 46a incurvée concave et une face aval 46b incurvée convexe. L’une et l’autre des léchettes amont 46 et aval 44 comprennent une première extrémité radiale 44c, 46c et une seconde extrémité radiale 44d, 46d, les premières extrémités 44c, 46c étant également décalées axialement en aval par rapport à la seconde extrémité 44d, 46d radialement externe. Ainsi, les léchettes amont 46 et aval 44 sont inclinées en oblique vers l’amont par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe 40 de la roue 42.

Il est à noter que la réalisation de roue de la figure 2 permet d’obtenir une meilleure réduction du débit d’air parasite par rapport à la réalisation de la roue de la figure 3. En effet, il a été observé que le débit d’air total circulant entre l’extrémité radialement externe de la roue et l’abradable est plus fortement réduit lorsque la léchette aval est du premier type ou du second type, ce qui indique que la réalisation d’une bonne étanchéité sur la dernière léchette est particulièrement importante, et que cette réduction est encore plus importante lorsque la léchette aval 36 est du premier type.

Le rayon courbure des faces amont 36a, 46a et aval 36b, 46b des léchettes 36, 46 du premier type peut être sensiblement constant entre la première extrémité et la seconde extrémité d’une léchette.

De préférence, l’inclinaison des léchettes 36, 38, 44, 46 est telle que la génératrice du cône de révolution passant par la première extrémité 36c, 38c, 44c, 46c et la seconde extrémité 36d, 38d, 44d, 46d est inclinée en oblique par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe 40 de la roue 34, 42 d’une valeur strictement supérieure à 0° et inférieure ou égale à 60°, de préférence entre 15° et 45° et encore plus préférentiellement de l’ordre de 30°.

On comprend à la lecture de la description ci-dessus que la roue 34, 42 de turbine pourrait comprendre un nombre de léchettes annulaire supérieur à deux comme cela est représenté dans les figures, ces réalisations faisant partie intégrante de l’objet de l’invention. Egalement, si dans les réalisations représentées sur les figures 2 et 3, chaque roue 34, 42 comprend des léchettes d’un premier type et d’un second type, chaque roue 34, 42 peut également comprendre une léchette du premier type à son extrémité amont ou aval ou une léchette de second type à son extrémité amont ou aval, sans que l’on sorte de l’objet de l’objet de l’invention.

Dans les réalisations décrites précédemment, les léchettes 36, 38, 44, 46 ont été présentées comme étant annulaires. Bien entendu, ce terme doit s’entendre comme indiquant des léchettes qui s’étendent annulairement sur 360° et peuvent être formées d’une pluralité de secteurs de léchettes juxtaposées circonférentiellement les unes au bout des autres.

Les figures 4, 5, 6 et 7 représentent des variantes de réalisations de l’invention. En figure 4, la léchette 48 annulaire amont s’étend sensiblement radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme 24 et la léchette annulaire aval 50 est du premier type. En figure 5, la léchette 52 annulaire amont est du premier type et la léchette 54 annulaire aval s’étend sensiblement radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme 24. Sur la figure 6, la léchette 56 annulaire amont s’étend sensiblement radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme 24 et la léchette 58 annulaire aval est du second type. Enfin, en figure 7, la léchette 60 annulaire amont est du second type et la léchette annulaire aval s’étend sensiblement radialement vers l’extérieur depuis la plate-forme 24.

Bien que l’invention ait été décrite ci-dessus en relation avec un élément annulaire abradable, on comprend qu’elle est également applicable à toute réalisation dans laquelle la ou les léchettes coopèrent à étanchéité avec une pièce annulaire qui peut être lisse et qui n’est pas prévue spécifiquement pour s’user au contact des léchettes comme un abradable.

Claims

REVENDICATIONS

1. Roue (34, 42) de turbomachine comprenant une pluralité de pales (25) s’étendant radialement et reliées à l’une de leurs extrémités radialement interne ou externe à une plate-forme annulaire (24) portant des léchettes annulaires (36, 38, 44, 46) s’étendant depuis ladite plate-forme (24) dans un sens opposé à la pale (25) entre une première extrémité radiale (36c, 38c, 44c, 46c) reliée à la plate-forme et une seconde extrémité radiale (36d, 38d, 44d, 46d) opposée libre, pour coopérer à étanchéité avec un anneau (28) en vis-à-vis radial, caractérisée en ce que l’une de la léchette amont (38, 46) et de la léchette aval (36, 44) est d’un premier type ou d’un second type, le premier type correspondant à une léchette (36, 46) avec la face amont (36a, 46a) qui est incurvée concave et la face aval (36b, 46b) qui est incurvée convexe et le second type correspondant à une léchette (38, 44) avec les faces amont (38a, 44a) et aval (38b, 44b) qui sont sensiblement planes et parallèles l’une à l’autre, la première extrémité (36c, 38c, 44c, 46c) de ladite léchette (36, 38, 44, 46) étant agencée en aval de sa seconde extrémité (36d, 38d, 44d, 46d) pour l’un et l’autre du premier type et du second type, et en ce que les faces amont (36a, 46a) et aval (36b, 46b) de la léchette (36, 46) du premier type présentent un rayon de courbure sensiblement constant entre ses première extrémité (36c, 46c) et seconde extrémité (36d, 46d).

2. Roue selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite léchette (36, 44) est agencée à l’extrémité aval de ladite plate-forme (24).

3. Roue selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite léchette (36) est du premier type.

4. Roue selon la revendication 3, caractérisée en ce qu’elle comprend une autre léchette (38) annulaire agencée à l’extrémité amont de la plate-forme (24), cette autre léchette (38) étant du second type.

5. Roue selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la génératrice du cône de révolution passant par la première extrémité (36c, 38c, 44c, 46c) et la seconde extrémité (36d, 38d, 44d, 46d) de la léchette (36, 38, 44, 46) est inclinée en oblique par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe (40) de la roue (34, 42) d’une valeur strictement supérieure à 0° et inférieure ou égale à 60°, de préférence entre 15° et 45° et encore plus préférentiellement de l’ordre de 30°.

6. Turbine de turbomachine, telle qu’une turbine haute pression, comprenant au moins une roue mobile selon l’une des revendications 1 à 5.

7. Turbomachine, telle qu’un turbopropulseur ou un turboréacteur, comprenant une turbine selon la revendication 6.