EP2948640B1 - Aubage fixe de distribution de flux dans une turbomachine, comprenant une plate-forme interne a renforts intégrés, turbomachine et procédé de fabrication associés - Google Patents
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- F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
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Definitions
- the field of the invention is that of fixed vanes for distribution of the air flow in a turbomachine.
- a turbomachine generally comprises, from upstream to downstream in the direction of the gas flow, a blower, one or more stages of compressors, for example a low pressure compressor and a high pressure compressor, a combustion chamber, one or more turbine stages, for example a high pressure turbine and a low pressure turbine, and a gas exhaust nozzle.
- These turbines comprise a distributor of the air flow in the turbomachine, composed of a plurality of fixed blade stages each comprising a plurality of blades extending generally radially with respect to an axis of the turbomachine, and disposed between an inner annular platform and an outer annular platform by which said vanes are attached to the turbomachine.
- the blades are conventionally produced by a technique known as the foundry lost wax. Nuclei are inserted in the mold before injection of the wax, these cores being held in position by sockets, the association between the cores and the sockets being carried out manually.
- the invention aims to remedy this problem by proposing a fixed blade of flow distribution in a turbomachine, comprising an inner annular platform and a plurality of fixed vanes mounted on it, the inner platform comprising a support plate forming the base of said blades, a radial annular partition extending from the support plate towards an axis of the blade, and an inner ring attached to the radial annular partition, and having an inner surface on which is disposed a material abradable, the blade being characterized in that the inner ring comprises at least one cutout defining a tongue, the tongue being folded to bear against the radial annular partition.
- the invention also proposes a turbomachine comprising at least one such blade.
- the distribution vane according to the invention is lighter but as robust as before since the reinforcement function in support against the partition radial is made by the inner crown of the vane itself, without adding material.
- FIG. 1 there is shown a partial view of a fixed blade 10 distribution of the flow of air flowing in a turbomachine, the direction of flow of the air flow being represented by an arrow F, the blade forming a stage of a distributor of a turbomachine turbine, for example a low-pressure turbine.
- Blading 10 comprises a plurality of fixed blades 11 arranged radially with respect to an axis of the turbomachine (not shown), which is also the axis of the blade, said blades being mounted on an inner annular platform 12 .
- the platform 12 comprises an annular partition 120 extending radially with respect to the axis of the turbomachine, as well as an annular plate 121 for supporting the blades 11, extending on either side of the annular partition. at a radially outer end thereof.
- the platform 12 also comprises an inner ring 122 extending on either side of the radial annular partition 120, at its radially inner end, and on which a layer of abradable material 123 is attached.
- the inner ring 122 has a median annular section 1220 extending substantially axially with respect to the axis of the blading, and two end annular tabs 1221, 1222 extending respectively upstream and downstream.
- the blading relative to the airflow being radially offset from the center section 1220, said sections being inclined relative to the axis of the blading.
- These sections are shaped to cooperate with rotor blade spoilers placed upstream and downstream with respect to the blade 10, in order to form labyrinth type seals, to avoid recirculation of air in one direction. radial between the vein of the blade 10 (that is to say between the blades 11) and the gap between the platform of the fixed blade and the adjacent rotor.
- the inner ring 122 comprises, on its median section 1220, at least one, and preferably a plurality of U-shaped cutouts 1223, each cutout thus comprising two preferably but non-limitatively parallel portions 1224 (forming the branches of the "U"") Joined at one end by a transverse portion 1225 (forming the base of the" U ").
- the portions 1224 are oriented substantially parallel to the axis of the blade and the transverse portion 1225 and disposed on the downstream side of the blank with respect to the air flow.
- Each cutout 1223 thus delimits a tongue 1226 detached from the rest of the median section by the three portions of the cutout. Because of the shape of the cutouts, each tab extends over a ring sector.
- At least one end portion 1227 of each cutout is bent at right angles to the middle section of the ring 122 so as to extend substantially radially.
- each tongue can also be bent at right angles to the crown.
- Each tongue thus folded releases an opening 1228 in ring sector in the ring 122.
- the cuts 1123, and therefore the tabs 1226 and the openings 1228 are distributed regularly, that is to say at constant angular interval relative to the axis of the blade, along the circumference of the crown.
- the ring 122 has, on an annular zone of its median section of the width of the openings, an alternation of solid areas and openings 1228.
- the ring 122 is attached to the radial partition 120 at the annular zone comprising the alternation of openings and solid areas, the end 1227 of the tabs at right angles to the ring bearing against the wall radial.
- the tongues cut in the crown constitute the surface to be soldered on the radial partition, thus making it possible to assemble the crown to the radial partition without adding additional elements (for example sheets, tabs on a radial partition ).
- the blading is thus lightened.
- the layer of abradable material 123 attached to the ring can also be reported on the radial wall through each opening 1228 of said ring.
- the layer of abradable material 123 is brazed firstly on the radial wall through each opening, and secondly on the radially inner surface of the middle section 1220 of the inner ring.
- the ring 122 may comprise only a cutout 1223 U, it thus occupies a smaller space. Other types of attachment can nevertheless be integrated in the crown in addition to this single cut.
- a plurality of U-shaped cutouts 1223 are produced on the circumference of an annular ring 122, in accordance with the cuts described above, the cuts being preferably evenly distributed over said circumference.
- each cutout 1223 is folded at right angles outwardly of the ring, so that the end 1227 of each tongue is oriented substantially radially with respect to the axis of the crown.
- the crown 122 is reported on the radial partition 120 of an internal platform with a fixed blade, the blades 11 and the outer platform of the blade may also be already mounted on the internal platform.
- the crown is attached so that the folded ends of each tongue bear against the radial partition, and the radial annular partition is disposed at the openings 1228 made in the ring.
- the ends of the tongues 1226 bearing against the radial partition, as well as the zones of the ring between two consecutive openings are brazed to the radial wall.
- a layer of abradable material 123 on the assembly obtained in the previous step preferably by brazing the layer on the radially inner surface of the median portion 1220 of the ring, and at the openings 1228, brazing the layer 123 to the radial wall (also on its radially inner surface).
- brazing operations 300 and 400 can be performed simultaneously, which makes the process faster to implement.
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Description
- Le domaine de l'invention est celui des aubages fixes de distribution du flux d'air dans une turbomachine.
- Une turbomachine comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d'échappement des gaz.
- Ces turbines comprennent un distributeur du flux d'air dans la turbomachine, composé d'une pluralité d'étages d'aubages fixes comprenant chacun une pluralité d'aubes s'étendant généralement radialement par rapport à un axe de la turbomachine, et disposées entre une plate-forme annulaire intérieure et une plate-forme annulaire extérieure par lesquelles lesdites aubes sont fixées à la turbomachine.
- Afin notamment de minimiser la masse globale du moteur, tout ou partie de ces aubes sont creuses.
- Pour réaliser ces différentes cavités, qui ont des formes complexes et dont la géométrie doit être respectée avec une grande précision, les aubes sont classiquement produites par une technique connue sous le nom de fonderie à la cire perdue. Des noyaux sont donc insérés dans le moule avant injection de la cire, ces noyaux étant maintenus en position par des douilles, l'association entre les noyaux et les douilles étant réalisée manuellement.
- Cependant, la géométrie actuelle des aubages ne présente pas un espace suffisant pour permettre le positionnement des douilles, et par conséquent de réaliser des aubages creux avec un tolérancement et des dimensions donnés.
- Il a été proposé à cet égard un aubage fixe dont la plate-forme annulaire interne comprend une platine annulaire de support formant la base des aubes et une cloison radiale s'étendant de ladite platine vers l'axe de la turbomachine, ladite cloison radiale étant associée à une couronne interne présentant une surface externe au niveau de laquelle ladite couronne est fixée à la cloison radiale, la couronne et la cloison radiale étant en outre solidarisées entre elles par des éléments de renforts.
- Or pour diminuer la masse de la turbomachine il est nécessaire de minimiser le nombre de pièces. Le document
FR 2 930 592 A1 - L'invention vise à remédier à cette problématique, en proposant un aubage fixe de distribution de flux dans une turbomachine, comprenant une plate-forme annulaire interne et une pluralité d'aubes fixes montées sur celle-ci, la plate-forme interne comprenant une platine de support formant base desdites aubes, une cloison annulaire radiale s'étendant depuis la platine de support vers un axe de l'aubage, et une couronne interne rapportée sur la cloison annulaire radiale, et présentant une surface interne sur laquelle est disposé un matériau abradable, l'aubage étant caractérisé en ce que la couronne interne comporte au moins une découpe délimitant une languette, la languette étant repliée pour venir en appui sur la cloison annulaire radiale.
- Avantageusement, mais facultativement, l'aubage selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes :
- la ou chaque languette vient en appui par au moins une portion d'extrémité sur la cloison radiale, ce qui permet de ne réaliser qu'un seul pliage de languette et ainsi de simplifier la fabrication de l'aubage.
- Si l'aubage présente plusieurs languettes, celles-ci peuvent être disposées selon une répartition angulaire régulière sur la circonférence de la couronne, de façon répartir de façon équilibrée les contacts en butée et ainsi à conférer une meilleure stabilité à l'aubage.
- la portion d'extrémité de chaque languette est brasée sur la cloison radiale.
- la couronne interne est rapportée sur la cloison annulaire radiale au niveau des ouvertures traversantes résultant chacune du pliage d'une languette correspondante.
- le matériau abradable est rapporté sur la cloison radiale au travers de chaque ouverture.
- le matériau abradable est brasé sur la surface interne de la couronne, et sur la cloison radiale au travers de chaque ouverture de la couronne.
- la couronne interne comprend en outre une patte annulaire s'étendant vers l'amont et une patte annulaire s'étendant vers l'aval par rapport à un flux d'air dans l'aubage.
- L'invention propose également une turbomachine comportant au moins un tel aubage.
- L'invention propose enfin un procédé de fabrication d'un aubage fixe de distribution de flux selon l'invention, comprenant les étapes consistant à :
- former au moins une découpe en U dans une couronne pour délimiter une pluralité de languettes,
- replier une portion de la languette à angle droit par rapport à la couronne, et
- fixer la couronne sur la cloison radiale d'une plate-forme annulaire interne d'aubage, de sorte que la cloison radiale soit en contact avec une surface annulaire externe de la couronne, et que la portion de la languette à angle droit par rapport à la couronne soit en appui sur ladite cloison.
- Avantageusement, mais facultativement, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes :
- l'étape de fixation de la couronne sur la cloison radiale comporte le brasage de la portion de chaque languette à angle droit par rapport à la couronne sur la cloison.
- Le procédé comprend en outre une étape consistant à braser une couche de matériau abradable sur une surface interne de la couronne, et sur la cloison radiale au travers d'une pluralité d'ouvertures de la couronne résultant du pliage de chaque languette.
- Ainsi, l'aubage de distribution selon l'invention est plus léger mais aussi robuste qu'auparavant puisque la fonction de renfort en appui contre la cloison radiale est réalisée par la couronne interne de l'aubage elle-même, sans ajout de matériel.
- 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 représente une vue en coupe partielle d'un aubage de distribution de flux selon un mode de réalisation de l'invention. - Les
figures 2a et 2b représentent respectivement une vue en coupe partielle et une vue de dessus d'une couronne interne de plate-forme annulaire interne d'un aubage de distribution de flux de lafigure 1 . - La
figure 3 représente schématiquement les principales étapes du procédé de fabrication d'un aubage de distribution de flux selon un mode de réalisation de l'invention. - En référence à la
figure 1 , on a représenté une vue partielle d'un aubage 10 fixe de distribution du flux d'air s'écoulant dans une turbomachine, le sens de l'écoulement du flux d'air étant représenté par une flèche F, l'aubage formant un étage d'un distributeur d'une turbine de turbomachine, par exemple de turbine basse-pression. - L'aubage 10 comporte une pluralité d'aubes 11 fixes disposées radialement par rapport à un axe de la turbomachine (non représenté), qui est également l'axe de l'aubage, lesdites aubes étant montées sur une plate-forme annulaire interne 12.
- La plate-forme 12 comporte une cloison annulaire 120 s'étendant radialement par rapport à l'axe de la turbomachine, ainsi qu'une platine 121 annulaire de support des aubes 11, s'étendant de part et d'autre de la cloison annulaire au niveau d'une extrémité radialement externe de celle-ci.
- La plate-forme 12 comporte également une couronne interne 122 s'étendant de part et d'autre de la cloison annulaire radiale 120, au niveau de son extrémité radialement interne, et sur laquelle est rapportée une couche de matériau abradable 123.
- En référence aux
figures 2a et 2b , la couronne interne 122 présente une section annulaire 1220 médiane s'étendant sensiblement axialement par rapport à l'axe de l'aubage, et deux pattes annulaires d'extrémité 1221,1222 s'étendant respectivement vers l'amont et vers l'aval de l'aubage par rapport au flux d'air, en étant décalée radialement par rapport à la section médiane 1220, lesdites sections pouvant être inclinées par rapport à l'axe de l'aubage. - Ces sections sont conformées pour coopérer avec des becquets d'aubage de rotor placés en amont et en aval par rapport à l'aubage 10, afin de former des joints d'étanchéité de type labyrinthe, pour éviter une recirculation d'air dans une direction radiale entre la veine de l'aubage 10 (c'est-à-dire entre les pales 11) et l'interstice entre la plate-forme de l'aubage fixe et du rotor adjacent.
- En outre, la couronne interne 122 comprend, sur sa section médiane 1220, au moins une, et de préférence une pluralité de découpes 1223 en U, chaque découpe comprenant donc deux portions de préférence mais non limitativement parallèles 1224 (formant les branches du « U ») réunies en une extrémité par une portion transversale 1225 (formant la base du « U »). Avantageusement, comme sur la
figure 2a , les portions 1224 sont orientées sensiblement parallèlement à l'axe de l'aubage et la portion transversale 1225 et disposée du coté aval de la découpe par rapport au flux d'air. - Chaque découpe 1223 délimite ainsi une languette 1226 détachée du reste de la section médiane par les trois portions de la découpe. Du fait de la forme des découpes, chaque languette s'étend sur un secteur d'anneau.
- Au moins une partie d'extrémité 1227 de chaque découpe est repliée à angle droit par rapport à la section médiane de la couronne 122 de manière à s'étendre sensiblement radialement.
- La totalité de chaque languette peut également être repliée à angle droit par rapport à la couronne.
- Chaque languette ainsi repliée libère une ouverture 1228 en secteur d'anneau dans la couronne 122.
- De préférence, les découpes 1123, et donc les languettes 1226 et les ouvertures 1228 sont réparties régulièrement, c'est-à-dire à intervalle angulaire constant par rapport à l'axe de l'aubage, le long de la circonférence de la couronne. Ainsi, la couronne 122 présente, sur une zone annulaire de sa section médiane de la largeur des ouvertures, une alternance de zones pleines et d'ouvertures 1228.
- Enfin, la couronne 122 est rapportée sur la cloison radiale 120 au niveau de la zone annulaire comprenant l'alternance d'ouvertures et de zones pleines, l'extrémité 1227 des languettes à angle droit par rapport à la couronne venant en appui contre la cloison radiale.
- De cette manière, les languettes découpées dans la couronne constituent la surface à braser sur la cloison radiale, permettant ainsi d'assurer l'assemblage de la couronne à la cloison radiale sans ajout d'éléments supplémentaires (par exemple tôles, pattes sur cloison radiale...). L'aubage est donc allégé.
- D'autre part, la couche de matériau abradable 123 rapportée sur la couronne peut donc être également rapportée sur la cloison radiale au travers de chaque ouverture 1228 de ladite couronne. De préférence, la couche de matériau abradable 123 est brasée d'une part sur la cloison radiale au travers de chaque ouverture, et d'autre part sur la surface radialement interne de la section médiane 1220 de la couronne interne.
- La couronne 122 peut ne comprendre qu'une découpe 1223 en U, elle occupe ainsi un espace plus réduit. D'autres types de fixation peuvent néanmoins être intégrés à la couronne en complément de cette découpe unique.
- On va maintenant décrire, en référence à la
figure 3 , un procédé de fabrication de l'aubage présenté ci-avant. - Au cours d'une étape 100, on réalise une pluralité de découpes 1223 en U sur la circonférence d'une couronne annulaire 122, conformes aux découpes décrites ci-avant, les découpes étant de préférence réparties régulièrement sur ladite circonférence.
- Au cours d'une étape 200, on replie la languette 1226 délimitée par chaque découpe 1223 à angle droit vers l'extérieur de la couronne, de sorte que l'extrémité 1227 de chaque languette soit orientée sensiblement radialement par rapport à l'axe de la couronne.
- Au cours d'une étape 300, on rapporte la couronne 122 sur la cloison radiale 120 d'une plate-forme interne d'un aubage fixe, les pales 11 et la plate-forme externe de l'aubage pouvant également être déjà montées sur la plate-forme interne. La couronne est rapportée de sorte que les extrémités repliées de chaque languette viennent en appui contre la cloison radiale, et que la cloison annulaire radiale soit disposée au niveau des ouvertures 1228 réalisées dans la couronne.
- De préférence, les extrémités des languettes 1226 en appui contre la cloison radiale, ainsi que les zones de la couronne entre deux ouvertures consécutives sont brasées à la cloison radiale.
- Enfin, au cours d'une étape 400, on rapporte une couche de matériau abradable 123 sur l'ensemble obtenu à la précédente étape, de préférence en brasant la couche à la surface radialement interne de la portion médiane 1220 de la couronne, et, au niveau des ouvertures 1228, en brasant la couche 123 à la cloison radiale (également sur sa surface radialement interne).
- Avantageusement, mais facultativement, les opérations de brasage 300 et 400 peuvent être réalisées simultanément, ce qui rend le procédé plus rapide à mettre en oeuvre.
Claims (11)
- Aubage (10) fixe de distribution de flux dans une turbomachine, comprenant une plate-forme annulaire interne (12) et une pluralité d'aubes fixes (11) montées sur celle-ci, la plate-forme interne comprenant une platine de support (121) formant base desdites aubes, une cloison annulaire radiale (120) s'étendant depuis la platine de support vers un axe de l'aubage, et une couronne interne (122) rapportée sur la cloison annulaire radiale (120), et présentant une surface interne sur laquelle est disposé un matériau abradable (123),
l'aubage étant caractérisé en ce que la couronne interne comporte au moins une découpe en U (1223) délimitant une languette (1226), la languette étant repliée pour venir en appui sur la cloison annulaire radiale (120). - Aubage (10) selon la revendication 1, dans lequel la languette (1226) vient en appui par au moins une portion d'extrémité (1227) sur la cloison radiale (120).
- Aubage (10) selon la revendication 2, dans lequel la portion d'extrémité (1227) de chaque languette est brasée sur la cloison radiale (120).
- Aubage (10) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la couronne interne (122) est rapportée sur la cloison annulaire radiale (120) au niveau des ouvertures traversantes (1228) résultant chacune du pliage d'une languette (1226) correspondante.
- Aubage (10) selon la revendication 4, dans lequel le matériau abradable (123) est rapporté sur la cloison radiale (120) au travers de chaque ouverture (1228).
- Aubage (10) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel le matériau abradable (123) est brasé sur la surface interne de la couronne (122), et sur la cloison radiale (120) au travers de chaque ouverture (1228) de la couronne (122).
- Aubage (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couronne interne (122) comprend en outre une patte annulaire (1221) s'étendant vers l'amont et une patte annulaire (1222) s'étendant vers l'aval par rapport à un flux d'air dans l'aubage.
- Turbomachine comprenant au moins un aubage (10) fixe de distribution de flux selon l'une des revendications précédentes.
- Procédé de fabrication d'un aubage (10) fixe de distribution de flux selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant les étapes consistant à :- former au moins une découpe en U (1223) dans une couronne (122) pour délimiter au moins une languette (1226),- replier une portion (1227) de la languette (1226) à angle droit par rapport à la couronne, et- fixer la couronne (122) sur la cloison radiale (120) d'une plate-forme annulaire interne (12) d'aubage (10), de sorte que la cloison radiale soit en contact avec une surface annulaire externe de la couronne, et que la portion (1227) de la languette à angle droit par rapport à la couronne soit en appui sur ladite cloison.
- Procédé de fabrication d'un aubage (10) selon la revendication précédente, dans lequel l'étape (300) de fixation de la couronne (122) sur la cloison radiale (120) comporte le brasage de la portion (1227) de chaque languette à angle droit par rapport à la couronne (122) sur la cloison (120).
- Procédé de fabrication d'un aubage (10) selon l'une des revendications 9 ou 10, comprenant en outre une étape consistant à braser une couche de matériau abradable (123) sur une surface interne de la couronne (122), et sur la cloison radiale au travers d'une pluralité d'ouvertures (1228) de la couronne résultant du pliage de chaque languette (1226).
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