BE1029074B1

BE1029074B1 - Ensemble redresseur pour compresseur de turbomachine d'aeronef

Info

Publication number: BE1029074B1
Application number: BE20215074A
Authority: BE
Inventors: Théo Robin Thomas Bour; Matthieu Edouard Henri Droeller; Christophe Joseph Richard Gillain Remy
Original assignee: Safran Aero Boosters
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2022-08-29
Also published as: BE1029074A1; WO2022167373A1; US20240117747A1; EP4288668A1; CN116802405A

Abstract

La présente invention concerne un ensemble redresseur (1) pour compresseur (120, 130) de turbomachine d’aéronef (100). Il comprend une virole interne (20), une virole externe (30), et des aubes statoriques (10), fixées uniquement à la virole interne (20) et en contact mécanique non-immobilisant avec la virole externe (30).

Description

Ensemble redresseur pour compresseur de turbomachine d’aéronef Domaine technique

[0001] La présente invention conceme un compresseur de turbomachine d'aéronef. Artantérieur

[9002] |! est connu, par exemple du document EP2799721B1, de fixer les aubes statoriques dun ensemble redresseur d'un compresseur de turbomachine d’aéronef à une virole située radialement à l’extérieur, appelée virole externe. Ce document décrit aussi des aubes auxiliaires, qui sont des éléments situés entre les aubes statoriques, et présentant une hauteur radiale comprise entre 10% et 50% de la hauteur radiale des aubes statoriques. Résumé de l'invention

[9003] La virole externe subit de grandes contraintes mécaniques, notamment dans des architectures de turbomachine où elle se situe sur le chemin d'effort principal de la poussée. Une partie de ces contraintes mécaniques a pour l’origine les aubes statoriques qui sont fixées sur cette virole externe.

[0004] Un objet de la présente invention est de diminuer les contraintes mécaniques dans une turbomachine d'aéronef. 10005] A cet effet, l'invention propose un ensemble redresseur pour compresseur de turbomachine d'aéronef, comprenant s une virole interne, s une virole externe, el s des aubes slaloriques, caractérisé en ce que les aubes statoriques sont fixées uniquement à la virole interne et sont en contact mécanique non-immobilisant avec la virole externe.

[0006] Dans l'invention, les aubes statoriques sont fixées uniquement sur la virole interne, ce qui permet d'éviter les lieux de concentration de contraintes mécaniques sur la virole externe. Le contact avec la virole externe est non- immobilisant, c'est-à-dire qu’il n'implique pas d'immobilisation des aubes statoriques par rapport à la virole externe. On pourrait employer l'expression « contact mécanique libre» ou l'expression « contact mécanique non- fixant » au lieu de « contact mécanique non-immobilisant ». En d'autres termes, aucun élément de l’extrémité externe de l’aube ne l'immobilise sur la virole externe. Un tel contact évite une transmission d'effort entre l'aube et la virole externe via l'extrémité radialement externe de l'aube, tout en évitant aussi les fuites d'air entre la virole externe et l’extrémité radialement externe de l'aube.

[9007] Dans l’art antérieur, la virole interne est attachée aux autres éléments de la turbomachine via les aubes statoriques et la virole externe, l'homme du métier ne penserait donc pas à supprimer la fixation à la virole externe. Dans l'invention, la virole interne est prévue pour être attachée aux autres éléments de la turbomachine par d'autres moyens. Ces moyens sont préférentiellement plus rigides que dans l’art antérieur (généralement mise en appuis contraints, La chaine de transmission = d'effort {turbomachine/virole interne/aube) est ainsi plus rigide que dans l'art antérieur.

[0008] ll est Intéressant de noter que, dans l'invention, ce sont les aubes, qui ont un contact mécanique (direct ou indirect) avec chacune des deux viroles, qui sont fixées sur la virole interne, et pas des aubes auxiliaires telles que décrites dans EP2799721B1. En effet, ces dernières n'ont de contact mécanique qu’avec une seule des deux viroles. En outre, elle sont un complément des aubes statoriques afin d'empêcher le décrochage du flux sur les aubes statoriques : elles n'ont pas pour fonction se substituer aux aubes statoriques.

[9909] Selon un mode de réalisation, les aubes statoriques sont soudées à la virole interne. La soudure permet une fixation particulièrement solide. Une autre fixation, par exemple par boulonnage el/ou rivetage, est possible, tout en restant dans le cadre de l'invention.

[0010] Selon un mode de réalisation, la virole externe comprend une rainure recevant des extrémités radialement externes des aubes statoriques.

[0011] Selon un mode de réalisation, la rainure s'étend, axialement, jusqu'à une extrémité avai de la virole externe.

[9012] Selon un mode de réalisation, la virole externe comprend un élément d'étanchéité dans un matériau souple en contact avec des extrémités radialement externes des aubes statoriques. L'élément d'étanchéité permet d'éviter les fuites entre les extrémités radialement externes des aubes statoriques et la virole externe. Le matériau souple a de préférence un module de Young inférieur à 10 GPa. Le matériau souple peut être par exemple du silicone. L'élément d'étanchéité est préférentiellement au moins partiellement dans la rainure. L'élément d'étanchéité peul comprendre plusieurs pièces disjointes tout en restant dans le cadre de l'invention.

[9913] Selon un mode de réalisation, l'élément d'étanchéité est situé, au moins en partie, à une position radialement externe par rapport aux extrémités radialement externes des aubes statoriques et s'étend, au moins en partie, axialement le long des extrémités radialement externes des aubes statoriques. Les extrémités radialement externes des aubes statoriques peuvent glisser sur l'élément d'étanchéité tout en restant en contact avec lui. 10014] Selon un mode de réalisation, l'élément d'étanchéité comprend un joint Le joint est préférentiellement situé à une extrémité amont, ou à une extrémité aval de la rainure. Les extrémités radialement externes viennent buter contre lui.

[10015] Selon un mode de réalisation, les aubes statoriques comprennent, à leur extrémité radialement externe, une plateforme s'étendant vers l'aval. Un élément d'étanchéité sous forme de joint est particulièrement avantageux dans ce cas.

[9918] Selon un mode de réalisation, la virole interne est d'une pièce. Selon un autre mode de réalisation, la virole interne est constituée d’une pluralité de secteurs formant un anneau.

10017] L'invention propose en outre une turbomachine d'aéronef comprenant un premier compresseur ayant un ensemble redresseur selon un mode de réalisation de l'invention. Le premier compresseur peut être par exemple le compresseur basse pression ou le compresseur haute pression de la turbomachine. Dans une turbomachine d'aéronet comprenant l'invention, le positionnement relatif de la virole externe par rapport à la virole interne n'utilise pas l'aube mais par un ou des élément({s) de la turbomachine extérieur(s) à l’ensemble redresseur.

[0018] L'invention est particulièrement adaptée à une turbomachine comprenant un réducteur entre l'arbre et la soufflante, car la présence de celui-ci engendre des efforts mécaniques particulièrement importants sur la virole externe.

[0019] Selon un mode de réalisation, la turbomachine comprend un deuxième compresseur, en aval du premier compresseur. Dans ce mode de réalisation spécifique, c'est le compresseur le plus en amont des deux qui comprend l'ensemble redresseur selon l'invention.

[0020] Selon un mode de réalisation, les aubes statorigues fixées uniquement à la virole interne et en contact mécanique non-immobilisant avec la virole externe sont les aubes statoriques les plus en avai du premier compresseur. Cela permet de fixer la virole interne en aval du premier compresseur de façon plus simple que si la virole interne sur laquelle les aubes statoriques sont fixées était axialement au milieu du premier compresseur.

[9921] Selon un mode de réalisation, la turbomachine comprend un carter de support intermédiaire situé, de préférence directement, à l’aval du premier compresseur, la virole interne étant fixée au carter de support intermédiaire ou étant d'une pièce avec le carter de support intermédiaire. Cela rend la fixation de la virole interne particulièrement aisée et solide. L'invention porte aussi sur un assemblage comprenant le carter de support intermédiaire et 5 l'ensemble redresseur. 10022] Selon un mode de réalisation, la virole externe est fixée au carter de support intermédiaire.

[9023] L'invention propose en outre un aéronel comprenant une turbomachine selon l'invention.

[0024] L'invention propose en outre un procédé de fabrication d'un ensemble redresseur, comprenant les étapes de : s fixer les aubes statoriques à la virole interne, s positionner les aubes statoriques par rapport à la virole exierne, et e créer un contact mécanique non-immobilisant entre les aubes statoriques et la virole externe, de préférence en formant un élément d'étanchéité à la jonction entre les aubes statoriques et la virole exierne. Brève description des figures

[9025] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une coupe axiale d'une turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre une aube statorique selon un mode de réalisation de finvention, - les figures 3a à dc Hustrent trois modes de réalisation de l'invention, - la figure 4 est un organigramme d'un procédé fabrication d'un ensemble redresseur selon un mode de réalisation de l'invention,

- les figures Sa à 5d illustres des étapes de ce procédé dans le cas d’une virole externe annulaire, et - la figure 6 est l'équivalent de la figure 5b dans le cas d’une virole externe en demi-coquille. Modes de réalisation de l'invention 10026] La présente invention est décrite avec des réalisations particulières et des références à des figures mais l'invention n'est pas limitée par celles- ci. Les dessins ou figures décrits ne sont que schématiques et ne sont pas limitants. En outre, les fonctions décrites peuvent être réalisées par d’autres structures que celles décrites dans le présent document. 10027] Dans le contexte du présent document, les termes « premier » et « deuxième » servent uniquement à différencier les différents éléments et r'impliquent pas d'ordre entre ces éléments.

[10028] Sur les figures, les éléments identiques ou analogues peuvent porter les mêmes références.

[9029] La figure 1 illustre une turbomachine d'aéronet 100 pouvant comprendre un ensemble redresseur 1 selon l'invention. H# peut également être appelé « ensemble statorique ». La turbomachine d’aéronef 100 est par exemple une turbomachine axiale à double flux comprenant successivement le long de Taxe moteur X, une soufflante 110, un premier compresseur 120 {ou compresseur basse pression), un deuxième compresseur 130 (ou compresseur haute pression), une chambre de combustion 160, une turbine haute pression 140 et une turbine basse pression 150. En fonctionnement, la puissance mécanique des turbines basse 150 et haute 140 pression est transmise respectivement via des arbres 101 et 102 aux compresseurs basse 120 et haute 130 pression, ainsi qu'à la soufflante 110 par l'intermédiaire d'un réducteur 111 interposé au niveau de l’arbre 101. La soufflante 110 permet de générer un flux primaire 106 traversant la turbomachine cd'aéronef 100 dans une veine aérodynamique primaire et un flux secondaire 107 extérieurement autour des compresseurs 120, 130 et des turbines 140, 150.

[9930] Le premier compresseur 120 est muni d’au moins une rangée d'aubes rotoriques 122 suivie directement en aval d'une rangée d’aubes statoriques 10, chaque rangée d’aubes statoriques 10 formant un ensemble redresseur 1. L'invention peut s'appliquer à n'importe lequel ou lesquels des ensembles redresseurs du premier compresseur 120, et en particulier à l'ensemble redresseur ie plus en aval du premier compresseur 120.

[9031] La turbomachine d'aéronef 100 comprend un carter de support d'entrée 181 qui s'étend autour de l'entrée de la veine primaire (dans laquelle passe le flux primaire 106), en aval de la soufflante 110. La turbomachine d'aéronef 100 comprend aussi un carter de support intermédiaire 40 qui s'étend circonférentiellement entre les premier 120 et deuxième 130 compresseurs. Ce carter de support intermédiaire 40 comprend une manche annulaire présentant de préférence un profil en col de cygne et délimitant la veine aérodynamique primaire entre les premier 120 et deuxième 130 compresseurs. Il est préférentiellement muni de bras 184 structuraux s'étendant radialement au travers de la veine primaire.

[9932] La figure 2 illustre une aube statorique 10 d'un ensemble redresseur 1 selon un mode de réalisation de l'invention. L'aube statorique 10 est fixée, préférentiellement par une soudure 11, par son extrémité radialement interne 12, à une virole interne 20. La fixation entre l'aube statorique 10 et la virole interne 20 empêche tout mouvement relatif. L'aube statorique 10 est en contact mécanique non-immobilisant, par exemple via un élément d'étanchéité 31, par son extrémité radialement externe 13, à une virole externe 30. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité 31 est situé, au moins partiellement, dans une rainure 35, préférentiellement circonférentielle, dans la virole externe 30. La rainure 35 reçoit préférentiellement les extrémités radialement externes 13 de toutes les aubes statoriques 10 de l'ensemble redresseur 1.

[0033] Les figures 3a à 3c illustrent trois modes de réalisation de l'invention, qui différent, d’une part, par la fixation de la virole interne 20 au carter de support intermédiaire 40, et, d'autre part, par le couplage mécanique entre l'aube statorique 10 et la virole externe 30. L'homme du métier comprendra que toutes les façons de réaliser la fixation de la virole interne 20 au carter de support intermédiaire 40 sont compatibles avec tous les couplages mécaniques entre l'aube statorique 10 et la virole externe 30.

[9034] Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3a, la rainure 35 s'étend jusqu’à l'extrémité aval 32 de la virole externe 30. Elle est remplie d’un matériau souple en contact avec des extrémités radialement externes 13 des aubes statoriques 10, et qui forme l'élément d'étanchéité 31. Celui-ci est situé à une position radialement externe par rapport aux extrémités radialement externes 13 des aubes statoriques 10 et s'étend axialement le long des extrémités radialement externes 13 des aubes statoriques 10. En outre, l'extrémité avai 22 de la virole interne 20 est fixée au carter de support intermédiaire 40 par des moyens de fixation 52, par exemple des vis.

[0035] Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3b, la rainure 35 s'étend jusqu’à l'extrémité aval 32 de la virole externe 30. Elle est remplie d’un matériau souple en contact avec des extrémités radialement externes 13 des aubes statoriques 10, et qui forme l'élément d'étanchéité 31. Celui-ci est situé à une position radialement externe par rapport aux extrémités radialement externes 13 des aubes statoriques 10 et s'étend axialement le long des extrémités radialement externes 13 des aubes statoriques 10. En outre, l'extrémité aval 22 de la virole interne 20 est d'une pièce avec le carter de support intermédiaire 40.

[9038] Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3c, la rainure 35 s'étend jusqu'à l'extrémité aval 32 de la virole externe 30. Un joint 60, par exemple un o-ring, est situé à une extrémité amont 37 de la rainure 35. L'extrémité amont de l'aube statorique 10 bule dessus. H forme l'élément d'étanchéité 31, En outre, l'aube statorique 10 comprend, à son extrémité radialement externe 13, une plateforme 15 s'étendant vers l'aval et butant contre la virole externe 30. Par ailleurs, l'extrémité aval 22 de la virole interne 20 est d’une pièce avec le carter de support intermédiaire 40.

[0037] Dans les trois modes de réalisation illustrés aux figures 3a-3c, l'extrémité avai 32 de la virole externe 30 est fixée au carter de support intermédiaire 40 par des moyens de fixation 51, par exemple des vis. En outre, l'extrémité aval 22 de la virole interne 20 est fixée au carter de support intermédiaire 40 ou est intégrale avec lui. Par conséquent, dans ces trois modes de réalisation, le positionnement de la virole interne 20 par rapport à la virole externe 30 ne sollicite pas la jonction entre les aubes staloriques 10 et la virole externe 30 car cette jonction permet un déplacement relatif, Le positionnement de la virole interne 20 par rapport à la virole externe 30, qui encaisse les efforts structurels et de fonctionnement de la turbomachine, est assuré par la jonction de la virole interne 20 par rapport au carter de support intermédiaire 40, et du carter de support intermédiaire 40 par rapport à la virole externe 30.

[0038] Les figures 4, 5a à 5d et 6 illustrent certaines étapes d'un procédé 200 de fabrication d'un ensemble redresseur 1 selon l'invention, et de son assemblage avec le carter de support intermédiaire 40.

[9939] Un bloc de métal, par exemple de titane, 201 est usiné 202 de façon à former la virole interne 20, avec de préférence des trous 301 pour des moyens de fixation 52. Le virole interne 20 est alors fixée 203 aux aubes statoriques 10 (figure 5a), Des inserts 302 (visibles figures 5b et 6 notamment) sont préférentiellement insérés dans les trous 301.

[9040] Puis les aubes statoriques 10 et la virole externe 30 sont posilionnées 204 de façon à laisser un espace entre elles qui sera rempli par un matériau adéquat pour un contact mécanique non-immobilisant (figures 5b et 6}. Ce positionnement est préférentiellement tel que l'extrémité aval 32 de la virole externe 30, et l'extrémité aval 22 de la virole interne 20 sont situés plus bas que les aubes statoriques 10 et reposent sur un outillage de support 304.

L'abradable 303 de la virole externe 30 est alors préférentiellement situé plus haut que les aubes statoriques 10. La figure 5b schématise un outillage de levage 305 permettant de lever la virole externe 30 annulaire. La flèche 306 de la figure 6 indique que la bride radiale de la virole externe 30 en demi- coquille est située plus haut. 10041] Le matériau adéquat pour un contact mécanique non-immobilisant est ensuite déposé 205 à la jonction entre les aubes statoriques 10 et la virole externe 30, par exemple à l’aide d’un moule 307, qui est préférentiellement tel que ledit matériau n’y adhère pas. Le moule 307 peut être fixé à l'outillage de support 304. On obtient alors un ensemble redresseur 1, qui est retourné et assemblé 206 au carter de support intermédiaire 40. Les moyens de fixation 51 peuvent comprendre des vis 51a et des écrous 516.

[9042] La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. D’une manière générale, la présente invention n'est pas limitée aux exemples illustrés el/ou décrits ci-dessus. L'usage des verbes « comprendre », « inclure », « comporter », ou toute autre variante, ainsi que leurs conjugaisons, ne peut en aucune façon exclure la présence d'éléments autres que ceux mentionnés. L'usage de l’article indéfini « un », « une », ou de l'article défini « le », « la » OU «FF», pour introduire un élément n'exclut pas la présence d'une pluralité de ces éléments. Les numéros de référence dans les revendications ne limitent pas leur portée.

Claims

Hevendications

1. Ensemble redresseur (1) pour compresseur (120, 130) de turbomachine d'aéronef (100), comprenant: s une virole interne (20), s une virole externe (30), et e des aubes statoriques (10), caractérisé en ce que les aubes statoriques (10) sont fixées uniquement à la virole interne (20) et sont en contact mécanique non- immobilisant avec la virole externe (30).

2. Ensemble redresseur selon la revendication 1, dans lequel les aubes statoriques (10) sont soudées à la virole interne (20).

3. Ensemble redresseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la virole externe (30) comprend une rainure (35) recevant des extrémités radialement externes (13) des aubes statoriques (103.

4. Ensemble redresseur selon la revendication précédente, dans lequel la rainure (35) s'étend, axialement, jusqu’à une extrémité aval (32) de la virole externe (30).

5. Ensemble redresseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la virole externe (30) comprend un élément d'étanchéité (31, 60) dans un matériau souple en contact avec des extrémités radialement externes (13) des aubes statoriques (10).

6. Ensemble redresseur selon la revendication précédente, dans lequel l'élément d'étanchéité (31, 60) est situé, au moins en partie, à une position radialement externe par rapport aux extrémités radialement externes (13) des aubes statoriques (10) et s'étend, au moins en partie, axialement le long des extrémités radialement externes (13) des aubes statoriques (10).

7. Ensemble redresseur selon la revendication 5 ou 6, dans lequel l'élément d'étanchéité (31, 60) comprend un joint (60).

8. Ensemble redresseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la virole interne (20) est d'une pièce ou est constituée d'une pluralité de secteurs formant un anneau.

9. Turbomachine d'aéronef (100) comprenant un premier compresseur (120, 130) comprenant un ensemble redresseur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.

10. Turbomachine d'aéronef selon la revendication précédente, comprenant un deuxième compresseur (130), en aval du premier compresseur (120).

11, Turbomachine d'aéronef selon la revendication 9 ou 10, dans laquelle les aubes statoriques (10) dudit ensemble redresseur (1) sont les aubes statoriques les plus en aval du premier compresseur (120).

12. Turbomachine d'aéronef selon la revendication précédente, comprenant un carter de support intermédiaire (40) situé, de préférence directement, à l'aval du premier compresseur (120), la virole interne (20) étant fixée au carter de support intermédiaire (40) ou étant d’une pièce avec le carter de support intermédiaire (40).

13. Turbomachine d'aéronef selon la revendication précédente, dans laquelle la virole externe (30) est fixée au carter de support intermédiaire (40).

14. Aéronef comprenant une turbomachine selon Pune quelconque des revendications 9 à 13.

15. Procédé (200) de fabrication d’un ensemble redresseur {1} selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant les étapes de : e fixer (203) les aubes statoriques (10) à la virole interne (20), e positionner (204) les aubes statoriques (10) par rapport à la virole externe (30), et e créer (205) un contact mécanique non-immobilisant entre les aubes statoriques (10) et la virole externe (30).