FR2942638A1 - Secteur angulaire de redresseur pour compresseur de turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un secteur angulaire de redresseur pour compresseur de turbomachine, comportant une virole interne (20) et une virole externe (22) disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, une pale (24) s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à celles-ci par ses extrémités radiales, la virole externe comportant à ses extrémités axiales des rebords (26) sur lesquels le bord d'attaque (24a) et le bord de fuite (24b) de la pale sont raccordés, un chapeau angulaire de serrage (30) qui est disposé coaxialement autour de la virole externe, fixé sur celle-ci et qui comporte à chacune de ses extrémités axiales des moyens (34) de montage du secteur de redresseur sur un carter (37) de la turbomachine, le chapeau de serrage ayant au moins une portée (38) venant en appui radial contre la virole externe afin de diminuer les contraintes mécaniques auxquels est soumise en fonctionnement la pale.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des redresseurs pour compresseur d'une turbomachine aéronautique telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.

Un compresseur de turbomachine se compose de plusieurs étages de compression formés chacun d'une rangée annulaire d'aubes montées sur un arbre de rotor et d'un redresseur formé d'une pluralité de pales montées radialement sur un carter annulaire externe de la turbomachine.

Un redresseur de compresseur est généralement sectorisé, c'est-à-dire qu'il est constitué de plusieurs secteurs angulaires mis bout à bout circonférentiellement autour de l'axe longitudinal du compresseur. Plus précisément, chaque secteur de redresseur comporte une virole interne et une virole externe disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, et plusieurs pales s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à celles-ci par leurs extrémités radiales. Par ailleurs, à chacune de leurs extrémités axiales, les viroles externes des secteurs de redresseur comportent des pattes en saillie pour le montage du secteur sur le carter externe de la turbomachine.

En fonctionnement, un tel secteur de redresseur est soumis à de nombreuses sollicitations mécaniques, aussi bien statiques que vibratoires. Ces sollicitations mécaniques sont essentiellement supportées par les zones du bord d'attaque et du bord de fuite des pales qui sont raccordées à la virole externe du secteur de redresseur. Comme ces zones de raccordement sont particulièrement minces, un risque existe que ces contraintes mécaniques dues à ces sollicitations entraînent une détérioration voire une destruction des bords d'attaque et de fuite des pales. Pour éviter cet inconvénient, la publication EP 1,811,131 prévoit de faire supporter par la virole externe au moins une partie des contraintes mécaniques auxquelles sont soumis en fonctionnement les bords d'attaque et de fuite des pales des secteurs de redresseur. A cet effet, ce document divulgue que les bords d'attaque et/ou de fuite des pales sont raccordés à des zonés de la virole externe qui sont moins rigides que celles raccordées aux pattes de montage.

La solution évoquée dans cette publication n'est pas pleinement satisfaisante. En particulier, au vibratoire, cette solution n'apporte pas suffisamment d'amortissement au niveau des zones de raccordement des bords d'attaque et de fuite des pales sur la virole externe. Or, les niveaux vibratoires auxquels sont soumises les pales peuvent engendrer leur rupture. Par ailleurs, les contraintes mécaniques auxquelles sont soumises en fonctionnement les pales ne sont pas uniquement axiales (c'est-à-dire concernant les bords d'attaque et de fuite) mais également tangentielles. Or, la solution proposée dans le document EP 1,811,131 ne permet pas de limiter ces contraintes tangentielles.

Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un secteur angulaire de redresseur permettant de limiter les contraintes mécaniques - et en particulier les niveaux vibratoires - auxquels sont soumises en fonctionnement les pales du redresseur. Ce but est atteint grâce à un secteur angulaire de redresseur pour compresseur de turbomachine, comportant une virole interne et une virole externe disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, et une pale s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à celles-ci par ses extrémités radiales, la virole externe comportant à ses extrémités axiales des rebords sur lesquels le bord d'attaque et le bord de fuite de la pale sont raccordés, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un chapeau angulaire de serrage qui est disposé coaxialement autour de la virole externe, fixé sur celle-ci et qui comporte à chacune de ses extrémités axiales des moyens de montage du secteur de redresseur sur un carter de la turbomachine, le chapeau de serrage ayant au moins une portée venant en appui radial contre la virole externe afin de diminuer les contraintes mécaniques auxquels est soumise en fonctionnement la pale. La ou les portées du chapeau de serrage viennent exercer un effort de serrage sur la virole externe au droit de la direction principale de déplacement de la pale. Cet effort de serrage permet ainsi de contrarier le mode vibratoire de la pale, ce qui a pour conséquence de limiter les contraintes mécaniques au vibratoire auxquels sont soumises en fonctionnement les pales du redresseur. Il en résulte une meilleure tenue de la pale aux contraintes mécaniques. Selon une disposition de l'invention, le chapeau de serrage comporte à chacune de ses extrémités axiales un épaulement formant portée venant en appui radial contre le rebord respectif de la virole externe. Selon une autre disposition de l'invention, le chapeau de serrage est disposé coaxialement autour de la virole externe en ménageant avec celle-ci un espacement radial. La présence de l'espacement radial entre chapeau de serrage et les rebords sur lesquels sont raccordés le bord d'attaque et le bord de fuite de la pale permet de décaler axialement les contraintes mécaniques auxquels est soumise en fonctionnement la pale et de les faire ainsi supporter en partie par la virole externe. Selon encore une autre disposition de l'invention, le chapeau de serrage comporte à chacune de ses extrémités axiales au moins une patte en saillie engagée dans une rainure correspondante du carter pour le montage du secteur de redresseur sur le carter, le secteur comportant en outre des moyens pour serrer radialement les pattes du chapeau de serrage dans les rainures du carter.

Selon un mode de réalisation de ces moyens, le secteur de redresseur comporte au moins un anneau de précontrainte centré sur l'axe longitudinal du redresseur et monté précontraint sur le chapeau de serrage de façon à serrer radialement les pattes de la virole externe dans les rainures du carter.

Au moins deux anneaux de précontrainte peuvent être espacés axialement l'un de l'autre et montés à force dans des gorges angulaires du chapeau de serrage. Alternativement, au moins un anneau de précontrainte peut être logé dans une gorge axiale formée dans un tenon de la virole externe s'étendant radialement vers l'extérieur et traversant le chapeau de serrage de façon à assurer un maintien radial dudit tenon. Dans ce cas, le chapeau de serrage est de préférence fixé sur la virole externe par brasage ou soudage du tenon sur le chapeau de serrage. La virole externe peut comporter un tenon s'étendant radialement vers l'extérieur et soudé ou brasé sur une face intérieure du chapeau de serrage.

Alternativement, le chapeau de serrage peut être fixé sur la virole externe par serrage d'un écrou sur un tenon fileté de la virole externe s'étendant radialement vers l'extérieur et traversant le chapeau de serrage.

L'invention concerne également un redresseur de turbomachine formé d'une pluralité de secteurs tels que définis précédemment. L'invention concerne encore une turbomachine comportant au moins un tel redresseur.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue partielle et en coupe longitudinale d'un compresseur de turbomachine comprenant des secteurs angulaires de redresseur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective et en éclaté d'un secteur de redresseur de la figure 1 ; et - les figures 3 à 8 sont des vues partielles et en coupe longitudinale de secteurs angulaires selon d'autres modes de réalisation de l'invention.

Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 représente de façon très schématique et partielle un étage de compresseur d'une turbomachine aéronautique. Cet étage se compose d'un arbre de rotor 10 centré sur l'axe longitudinal 12 du compresseur et portant une rangée annulaire formée d'une pluralité d'aubes 14, et d'un redresseur 16 disposé en aval de la rangée d'aubes.

Dans les exemples décrits ci-après, le redresseur 16 est sectorisé, c'est-à-dire qu'il se compose d'une pluralité de secteurs angulaires 18 (figure 2) qui sont mis bout à bout circonférentiellement autour de l'axe longitudinal 12 du compresseur. Toutefois, le redresseur pourrait être composé d'une seule et même pièce de 360°.

Comme représenté sur la figure 2, chaque secteur de redresseur 18 comporte une virole interne 20 et une virole externe 22 disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, ainsi qu'une seule pale 24. Lorsque les secteurs de redresseur 18 sont mis bout à bout circonférentiellement, les viroles 20, 22 forment des couronnes et délimitent radialement une veine annulaire d'écoulement pour les gaz traversant le redresseur. Les pales 24 s'étendent chacune selon l'axe longitudinal 12 entre un bord d'attaque 24a et un bord de fuite 24b. Chaque pale s'étend radialement entre les viroles 20, 22 et est raccordée à celles-ci par ses extrémités radiales. L'ensemble comprenant la pale 24 et les viroles 20, 22 est formé d'une seule pièce obtenue par exemple de fonderie. La virole interne 20 présente une forme de portion d'anneau. Elle porte sur sa surface interne un revêtement abradable 25 destiné à coopérer avec des léchettes radiales 28 portées par l'arbre de rotor 10 afin d'éviter une possible re-circulation des gaz sous la virole interne. De façon connue en soi, le revêtement abradable 25 peut être fixé sur une virole de montage fixée ou sertie sur la virole interne 20. Dans ce cas, cette virole de montage représente de préférence un secteur angulaire correspondant à plusieurs pales, voire à la totalité des pales, et présente ainsi une forme d'anneau qui pourra être laissé ouvert ou être fermé. La virole externe 22 présente également une forme de portion d'anneau. Elle comporte à ses deux extrémités axiales (amont et aval) des rebords 26 sur lesquels le bord d'attaque 24a et le bord de fuite 24b de la pale sont raccordés. Ces rebords 26 sont de relativement faible épaisseur pour être suffisamment flexibles pour assurer une meilleure transition des flux de contraintes mécaniques auxquels sont soumis en fonctionnement les bords d'attaque et de fuite de la pale. Selon l'invention, chaque secteur de redresseur 18 comporte en outre un chapeau angulaire de serrage 30 qui est disposé coaxialement autour de la virole externe 22 et fixé sur celle-ci. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 8, le chapeau de serrage 30 est plus précisément disposé autour de la virole externe 22 en ménageant avec celle-ci un espacement radial 32. Toutefois, la présence d'un tel espacement radial n'est pas indispensable, le chapeau de serrage pouvant être disposé directement contre la surface extérieure de la virole externe. Ce chapeau de serrage 30 présente une forme de portion d'anneau. Il comprend à chacune de ses extrémités axiales (amont et aval) une patte 34 en saillie vers l'amont ou vers l'aval respectivement qui est engagée dans une rainure 36 correspondante d'un carter annulaire 37 de la turbomachine. Ces pattes permettent d'assurer un montage du secteur de redresseur 18 sur le carter. Bien entendu, d'autres formes de montage du secteur de redresseur sur le carter pourraient être envisagées. Ainsi, le chapeau de serrage pourrait comporter à chacune de ses extrémités axiales deux pattes en saillie formant ainsi une rainure dans laquelle serait engagée une languette correspondante du carter (montage mâle/femelle au lieu du montage femelle/mâle des figures 1 à 8).

Le chapeau de serrage 30 comprend en outre au moins une portée venant en appui contre la virole externe du secteur de redresseur. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 8, le chapeau de serrage comprend ainsi à chacune de ses extrémités axiales un épaulement 38 en saillie radialement vers l'intérieur et venant en appui radial contre le rebord 26 respectif de la virole externe 22 du secteur de redresseur 18 (figure 1). Bien entendu, dans le cas où aucun espacement radial n'est ménagé entre le chapeau de serrage et la virole externe, la portée du chapeau de serrage venant en appui radial contre la virole externe est réalisée par toute la surface interne du chapeau de serrage.

Comme représenté sur les figures, les épaulements 38 peuvent se présenter sous la forme de bords radiaux qui s'étendent circonférentiellement sur toute la largeur du chapeau de serrage. Bien entendu, toute autre forme d'épaulement est envisageable : épaulement s'étendant sur une partie seulement de la largeur de la virole externe, épaulement suivant le contour du chapeau de serrage, etc. La présence des épaulements 38 venant en appui radial contre les rebords 26 sur lesquels sont raccordés le bord d'attaque 24a et le bord de fuite 24b de la pale permet de contrarier le mode vibratoire de la pale, ce qui a pour conséquence de procurer une capacité d'amortissement qui permet de limiter les contraintes mécaniques au vibratoire auxquels celle- ci est soumise en fonctionnement.

Par ailleurs, dans le premier mode de réalisation des figures 1 et 2, la virole externe 22 du secteur de redresseur comprend un tenon 40 s'étendant radialement vers l'extérieur et traversant un évidement 42 complémentaire du chapeau de serrage 30. Le tenon 40 de la virole externe est en outre soudé ou brasé sur le chapeau de serrage afin d'assurer une fixation de celui-ci sur la virole externe. Le tenon 40 peut être formé d'une même pièce avec la virole externe. Il peut également être une pièce rapportée qui est fixé sur la virole externe (par soudage, brasage ou tout autre moyen).

Toujours dans ce mode de réalisation, le contact entre les épaulements 38 du chapeau de serrage contre les rebords 26 de la virole externe pourra être optimisé : appui franc, contact sans force d'appui ou appui avec un faible jeu. La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un secteur de redresseur conforme à l'invention. Par rapport au premier mode de réalisation précédemment décrit, le tenon 40' qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis la virole externe 22 ne traverse pas le chapeau de serrage 30. Afin d'assurer une fixation du chapeau de serrage sur la virole externe 12 du secteur de redresseur, le tenon 40' est soudé ou brasé sur une face intérieure du chapeau de serrage (schématisé par le cordon 43 de brasure ou de soudure). Bien entendu, tout autre moyen de fixation pourrait être envisagé. Dans les modes de réalisation suivants, les secteurs de redresseur comportent en outre des moyens pour serrer radialement les épaulements du chapeau de serrage contre les rebords respectifs de la virole externe. De tels moyens permettent d'augmenter l'effort de serrage exercé par les épaulements du chapeau de serrage sur les rebords de la virole externe, ce qui contribue à davantage à contrarier le mode vibratoire de la pale. Ainsi, dans le troisième mode de réalisation représenté sur la figure 4, la virole externe 22 du secteur de redresseur comprend un tenon fileté 40" qui s'étend radialement vers l'extérieur et qui traverse un évidement 42 complémentaire du chapeau de serrage 30.

En outre, un écrou 44 est visé sur le tenon fileté 40" et serré contre une face extérieure du chapeau de serrage 30. Il en résulte un effort de serrage radial des épaulements 38 du chapeau de serrage contre les rebords 26 de la virole externe. L'écrou est par ailleurs immobilisé en rotation ce qui permet d'ajuster la force d'appui. Le secteur de redresseur selon ce troisième mode de réalisation est particulièrement avantageux pour les essais de réglage de l'effort de serrage que l'on souhaite appliquer sur les rebords de la virole externe via les épaulements du chapeau de serrage (cet effort de serrage peut en effet être modulé en serrant plus ou moins l'écrou 44 sur le chapeau de serrage).

Après le réglage, le tenon fileté 40" est soudé ou brasé dans l'évidement 42 du chapeau de serrage et l'écrou retiré. La longueur excédentaire du tenon pourra alors être sectionnée ce qui permet un gain de masse. Comme pour le premier mode de réalisation, la virole externe 22 du secteur de redresseur selon le quatrième mode de réalisation représenté sur la figure 5 comprend un tenon 40 qui traverse un évidement 42 complémentaire du chapeau de serrage 30 et qui est soudé ou brasé sur celui-ci. En outre, le secteur de redresseur comprend deux anneaux de précontrainte 46 qui sont espacés axialement l'un de l'autre et montés précontraint dans des gorges angulaires 48 du chapeau de serrage 30. Ces anneaux de précontrainte 46 sont par exemple des fils métalliques qui sont montés une fois que tous les secteurs angulaires d'un redresseur sont assemblés circonférentiellement.

Les anneaux peuvent être continus ou ouverts, et leurs extrémités liées l'une à l'autre au montage (au moyen par exemple d'un crochet). Alternativement, les extrémités des anneaux peuvent comporter un moyen de fixation direct sur les chapeaux de serrage. Les anneaux permettent de serrer radialement les pattes 34 de la virole externe contre la face interne des rainures 36 du carter afin de garantir un alignement de la veine externe d'écoulement des gaz traversant le redresseur sans ressauts ni marches. Le nombre d'anneaux de précontraints n'est pas imposé (un ou plusieurs). Toutefois, plus le nombre d'anneaux sera important, plus il sera possible d'assurer un serrage en utilisant des anneaux de plus faible section, plus souples et donc plus facile à assembler.

Dans le cinquième mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 6, le secteur de redresseur comporte un anneau de précontrainte 46 qui est logé dans une gorge axiale 50 formée dans un tenon 40 de la virole externe 22, ce tenon s'étendant radialement vers l'extérieur et traversant un évidement 42 complémentaire du chapeau de serrage 30. Dans ce mode de réalisation, le tenon 40 de la virole externe peut glisser radialement dans l'évidement du chapeau de serrage, son maintien radial étant assuré par l'anneau de précontrainte. Dans le sixième mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 7, le secteur de redresseur comporte deux anneaux de précontrainte 46 qui sont espacés axialement l'un de l'autre, chaque anneau étant logé dans une gorge axiale 50 formée dans un tenon 40 de la virole externe 22. Le tenon s'étend radialement vers l'extérieur depuis la virole externe et traverse un évidement 42' correspondant du chapeau de serrage 30. Dans ce mode de réalisation, les gorges 50 s'ouvrent axialement de préférence dans le sens de la plus grande dimension du chapeau de serrage, le montage des anneaux dans ces gorges se faisant alors par translation. En outre, de la même manière que pour le mode de réalisation précédent, le tenon 40 de la virole externe peut glisser radialement dans l'évidement du chapeau de serrage, son maintien radial étant assuré par les anneaux de précontrainte. La figure 8 représente un septième mode de réalisation de l'invention qui se distingue du précédent en ce que les anneaux de précontrainte 52 présentent une section droite adaptée à la géométrie des gorges axiales 50 du tenon 40 de la virole externe dans lesquelles ils sont chacun logés. Une telle géométrie des anneaux de précontrainte présente l'avantage de permettre de réduire l'encombrement radial de l'ensemble.

Ils assurent également une fonction d'étanchéité en remplissant les gorges où ils sont logés. Dans encore un autre mode de réalisation non représenté sur les figures, le chapeau de serrage est fixé sur la virole externe par vissage d'une vis dans un trou taraudé de la virole externe.

On décrira maintenant certaines caractéristiques communes à l'ensemble de ces modes de réalisation.

En particulier, chaque secteur de redresseur selon l'invention ne comporte qu'une seule pale raccordée aux viroles externe et interne. Les viroles interne et externe d'un même secteur de redresseur s'étendent chacune circonférentiellement sur un angle de 360°/N où N représente le nombre total de pales du redresseur. Ainsi, l'ensemble des secteurs de redresseur mis bout à bout circonférentiellement constitue une couronne dont le jeu entre deux secteurs angulaires adjacents peut être optimisé au montage (en disposant de secteurs de longueurs circonférentielles inférieures ou supérieures à la cote théorique pour obtenir au montage un jeu cumulé conforme au calcul sur l'ensemble de la grille). Il en résulte en fonctionnement une meilleure étanchéité de l'ensemble sans avoir recours à des dispositifs d'étanchéité inter-secteurs. Par ailleurs, les chapeaux de serrage 30 des secteurs de redresseur peuvent être montés sur le carter 37 de la turbomachine en laissant un jeu radial J au niveau des rainures 36 du carter (voir les figures 3 à 8). Ce jeu radial permet de pallier aux cas d'arc-boutement circonférentiel auxquels sont soumis en fonctionnement les secteurs de redresseur (en fonctionnement, les pales ont tendance à plus se dilater que les viroles).

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Secteur angulaire de redresseur pour compresseur de turbomachine, comportant une virole interne (20) et une virole externe (22) disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, et une pale (24) s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à celles-ci par ses extrémités radiales, la virole externe comportant à ses extrémités axiales des rebords (26) sur lesquels le bord d'attaque (24a) et le bord de fuite (24b) de la pale sont raccordés, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un chapeau angulaire de serrage (30) qui est disposé coaxialement autour de la virole externe, fixé sur celle-ci et qui comporte à chacune de ses extrémités axiales des moyens (34) de montage du secteur de redresseur sur un carter (37) de la turbomachine, le chapeau de serrage ayant au moins une portée (38) venant en appui radial contre la virole externe afin de diminuer les contraintes mécaniques auxquels est soumise en fonctionnement la pale.
2. 2. Secteur de redresseur selon la revendication 1, dans lequel le chapeau de serrage comporte à chacune de ses extrémités axiales un épaulement (38) formant portée venant en appui radial contre le rebord respectif de la virole externe.
3. 3. Secteur de redresseur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le chapeau de serrage est disposé coaxialement autour de la virole externe en ménageant avec celle-ci un espacement radial (32).
4. 4. Secteur de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le chapeau de serrage comporte à chacune de ses extrémités axiales au moins une patte (34) en saillie engagée dans une rainure (36) correspondante du carter pour le montage du secteur de redresseur sur le carter, le secteur comportant en outre des moyens (44, 46) pour serrer radialement les pattes du chapeau de serrage dans les rainures du carter.
5. 5. Secteur de redresseur selon la revendication 4, comportant au moins un anneau de précontrainte (46) centré sur l'axe longitudinal(12) du redresseur et monté précontraint sur le chapeau de serrage (30) de façon à serrer radialement les pattes de la virole externe dans les rainures du carter.
6. 6. Secteur de redresseur selon la revendication 5, comportant au moins deux anneaux de précontrainte (46) espacés axialement l'un de l'autre et montés à force dans des gorges angulaires (48) du chapeau de serrage.
7. 7. Secteur de redresseur selon la revendication 5, comportant au moins un anneau de précontrainte (46) qui est logé dans une gorge axiale (50) formée dans un tenon (40) de la virole externe s'étendant radialement vers l'extérieur et traversant le chapeau de serrage (30) de façon à assurer un maintien radial dudit tenon.
8. 8. Secteur de redresseur selon la revendication 7, dans lequel le chapeau de serrage (30) est fixé sur la virole externe (22) par brasage ou soudage du tenon (40) sur le chapeau de serrage (30).
9. 9. Secteur de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la virole externe (22) comporte un tenon (40') s'étendant radialement vers l'extérieur et soudé ou brasé sur une face intérieure du chapeau de serrage (30).
10. 10. Secteur de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le chapeau de serrage (30) est fixé sur la virole externe (22) par serrage d'un écrou (44) sur un tenon fileté (40") de la virole externe s'étendant radialement vers l'extérieur et traversant le chapeau de serrage (30).
11. 11. Redresseur de turbomachine, caractérisé en ce qu'il est formé d'une pluralité de secteurs (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 mis bout à bout angulairement.
12. 12. Turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un redresseur selon la revendication 11.