FR2948965A1

FR2948965A1 - Etage redresseur pour une turbomachine

Info

Publication number: FR2948965A1
Application number: FR0903879A
Authority: FR
Inventors: Michel Andre Bouru; Andre Verbrugge
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-02-11
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: FR2948965B1; WO2011015767A1; US20120128476A1

Abstract

Etage redresseur (10) pour une turbomachine, comprenant deux viroles (12, 14) sensiblement cylindriques, respectivement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des aubes (16) portées par une première des viroles (14), des aubes (18) portées par la seconde virole (12), et des aubes (20) formant des entretoises reliant les deux viroles entre elles, les aubes des première et seconde viroles étant disposées en alternance.

Description

Etage redresseur pour une turbomachine

La présente invention concerne un étage redresseur pour un compresseur ou une turbine d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Un étage redresseur de ce type comprend deux viroles sensiblement cylindriques s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et entre lesquelles s'étendent des aubes sensiblement radiales. Un étage redresseur est en général monobloc et peut être réalisé de 10 fonderie, par usinage (tel que par usinage EDM), ou par assemblage et soudage de chaque aube sur les viroles. Cependant, dans ce cas, la durée de fabrication d'un étage redresseur est relativement longue. De plus, lorsque l'étage redresseur a une forte densité d'aubes, c'est-à-dire que ses aubes sont proches les unes 15 des autres en direction circonférentielle, les techniques de fabrication précitées sont difficiles voire impossibles à mettre en oeuvre. En effet, dans le cas où un outil est utilisé pour usiner une aube redresseur ou souder cet aube aux viroles, cet outil doit être passé entre deux aubes consécutives de l'étage, ce qui n'est pas toujours possible lorsque le pas circonférentiel 20 entre deux aubes consécutives est trop petit. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes. Elle a pour objet un étage redresseur, par exemple à forte densité d'aubes, qui est plus facilement réalisable que ceux de la technique 25 antérieure, et avec des techniques de fabrication plus simples, plus rapides et plus économiques. Elle propose à cet effet un étage redresseur pour une turbomachine, comprenant deux viroles sensiblement cylindriques, respectivement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des aubes sensiblement radiales, 30 caractérisé en ce qu'il comprend une première série d'aubes portées par une première des viroles, une seconde série d'aubes portées par la seconde virole, et des moyens de liaison reliant les deux viroles entre elles, les aubes des première et seconde viroles étant disposées en alternance. Avantageusement, les moyens de liaison des viroles comprennent des aubes entretoises dont les extrémités sont fixées à la première et à la seconde virole, respectivement. L'étage redresseur selon l'invention comprend donc essentiellement deux séries d'aubes et des aubes entretoises de liaison : une première série d'aubes reliées à la première virole et qui sont indépendantes de la seconde virole, une seconde série d'aubes reliées à la seconde virole, qui sont indépendantes de la première virole et qui s'étendent chacune entre deux aubes de la première virole, et des aubes entretoises qui sont reliées aux deux viroles et assurent le maintien de l'ensemble des pièces de l'étage redresseur. Chaque virole porte donc approximativement la moitié seulement des aubes de l'étage, ce qui permet de doubler le pas inter-aubes et de faciliter l'accès à ces aubes par les outils d'usinage ou de soudage précités, et donc de faciliter la fabrication de l'étage redresseur. Les aubes de chaque série sont de préférence sensiblement régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal de l'étage.

Le pas circonférentiel entre deux aubes consécutives de la première série est donc sensiblement égal au pas circonférentiel entre deux aubes consécutives de la seconde série et est sensiblement égal au double du pas circonférentiel des aubes d'un étage redresseur ayant la même densité d'aubes de la technique antérieure. A titre d'exemple, le pas circonférentiel entre deux aubes consécutives portées par une virole peut être de 27mm environ et le pas circonférentiel entre deux aubes consécutives de l'étage assemblé peut être de 13,5mm environ. Selon une autre caractéristique de l'invention, les aubes de la première série ont des extrémités libres qui affleurent ou sont à faible distance radiale de la seconde virole, et les aubes de la seconde série ont des extrémités libres qui affleurent ou sont à faible distance radiale de la première virole. La distance radiale entre l'extrémité libre de chaque aube de la seconde et de la troisième série et la virole correspondante est avantageusement inférieure ou égale à 0,05mm, de façon à ne pas perturber l'écoulement du flux d'air entre les viroles de l'étage.

Chaque virole est de préférence sectorisée et comprend au moins deux secteurs annulaires montés bout à bout. Chaque secteur annulaire d'une virole peut être formé d'une seule pièce avec les aubes portées par ce secteur de virole, et être réalisé par exemple de fonderie ou par usinage. En variante, les aubes portées par chaque secteur annulaire d'une virole sont rapportées et fixées, par exemple par brasage ou soudage, sur ce secteur de virole. Selon une autre caractéristique de l'invention, les aubes entretoises sont reliées de manière amovible aux viroles. L'extrémité radialement externe de chaque aube entretoise peut être filetée et être engagée dans un orifice radial de la virole externe pour recevoir un écrou prenant appui sur cette virole externe. L'étage redresseur peut en outre comprendre un rail annulaire monté sur la virole interne et comportant une gorge annulaire externe dans laquelle sont engagés par coulissement en direction circonférentielle un rebord annulaire interne de chaque secteur de la virole interne et l'extrémité radialement interne de chaque aube entretoise. L'invention concerne enfin une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un étage redresseur tel que décrit ci-dessus.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'un étage redresseur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique-partielle-en perspective de la virole externe de l'étage redresseur de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective et à plus grande échelle de la fixation d'une aube entretoise à la virole externe de la figure 2; - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques partielles en perspective et à plus grande échelle de l'étage redresseur selon l'invention. La figure 1 représente une partie d'un étage redresseur 10 selon l'invention, comprenant deux viroles 12, 14 coaxiales, respectivement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des aubes 16, 18 et 20 sensiblement radiales, les viroles 12 et 14 et les aubes 16, 18 et 20 étant décrites plus en détail dans ce qui suit en référence aux figures 2 à 5. Cet étage redresseur 10 fait partie d'une turbine ou d'un compresseur de turbomachine. Il forme un élément de stator de la turbine ou du compresseur et est disposé entre deux étages de rotor de cette turbine ou de ce compresseur, qui sont chacun formés d'une roue mobile comportant une rangée annulaire d'aubes. Dans l'exemple représenté, l'étage redresseur 10 est en deux parties annulaires s'étendant chacune sur 180° environ (dont une seule est représentée), ces deux parties étant disposées circonférentiellement bout à bout et fixées l'une à l'autre par des moyens appropriés, par exemple du type vis-écrou. La partie représentée de l'étage redresseur 10 comprend un secteur annulaire 15 de la virole externe 14 (s'étendant sur 180° environ) et trois secteurs annulaires 13 de la virole interne 12 (s'étendant chacun sur 55-60° environ) qui sont disposés circonférentiellement bout à bout. La figure 2 est une vue schématique en perspective du secteur 15 de la virole externe 14. Ce secteur 15 porte une première série d'aubes 16 qui sont reliées par leurs extrémités radialement externes à une paroi cylindrique 22 du secteur.

Ces aubes 16 sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal de l'étage redresseur et sont à un pas circonférentiel K les unes des autres. Les aubes 16 portées par le secteur 15 sont par exemple au nombre de 30. Les aubes 16 peuvent être formées d'une seule pièce avec le secteur 15 ou être rapportées et fixées par leurs extrémités radialement externes sur la paroi cylindrique 22 du secteur 15. Le secteur de virole 15 comprend en outre une paroi annulaire 24 s'étendant radialement vers l'extérieur pour le montage de l'étage redresseur 10 dans la turbine ou le compresseur de la turbomachine. La paroi cylindrique 22 du secteur de virole 15 comprend des orifices 28 sensiblement radiaux dans lesquels sont engagées les extrémités radialement externes d'aubes 20 formant des entretoises qui relient fixement les deux viroles 12, 14 entre elles. Dans l'exemple représenté en figure 1, ces aubes entretoises 20 sont au nombre de 4 et sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal de l'étage. Parmi ces quatre aubes entretoises 20, deux sont situées aux extrémités circonférentielles du secteur de virole 15. Les deux autres aubes 20 du secteur de virole 15, situées à distance des extrémités circonférentielles de ce secteur, sont chacune disposées entre deux aubes 16 consécutives portées par ce secteur.

La fixation d'une aube 20 est représentée à plus grande échelle en figure 3. L'aube 20 comprend à son extrémité radialement externe une queue cylindrique 26 qui est engagée dans un orifice 28 de la paroi cylindrique 22 du secteur de virole 15 et dont la partie d'extrémité radialement externe est filetée et reçoit depuis l'extérieur un écrou 30 destiné à prendre appui directement ou par l'intermédiaire d'une rondelle 32 sur la surface externe de la paroi 22 du secteur de virole 15. L'aube 20 comprend à son extrémité radialement interne une plate-forme 34 reliée à un pied 36 qui a en section (dans un plan passant par l'axe longitudinal de l'étage) une forme sensiblement en I.

Chaque aube 20 est montée sur le secteur de virole 15 par translation radiale de l'intérieur vers l'extérieur jusqu'à ce que sa queue 26 soit engagée dans un des orifices 28 du secteur de virole 15. L'écrou 30 est alors vissé sur la partie filetée de cette queue et est serré sur le secteur de virole de façon à immobiliser l'aube 20 en direction radiale sur le secteur de virole 15. Les figures 4 et 5 représentent une autre étape de montage de l'étage redresseur 10 selon l'invention, dans lequel chaque secteur 13 de la virole interne 12 est agencé entre deux plates-formes 34 d'aubes entretoises 20. Chaque secteur 13 de la virole interne porte une série d'aubes 18, qui s'étendent radialement vers l'extérieur depuis une surface cylindrique externe du secteur. Chaque secteur 13 porte neuf aubes 18 dans l'exemple représenté.

Chacune de ces aubes 18 est disposée entre deux aubes 16 consécutives du secteur 15 de la virole externe ou entre une de ces aubes 16 et une aube entretoise 20. Les aubes 18 peuvent être formées d'une seule pièce avec le secteur de virole 13 correspondant ou être rapportées et fixées par leurs 20 extrémités radialement internes sur ce secteur. Le montage de chaque secteur de virole interne 13 sur la virole externe a lieu comme suit. Le secteur 13 est aligné avec le secteur de virole externe 15 et disposé à distance axiale de celui-ci puis est déplacé en translation axiale vers le secteur 15, jusqu'à ce que les aubes 18 du 25 secteur 13 soient entre les aubes 16 du secteur 15. Dans cette position, le pas circonférentiel entre une aube 18 du secteur 13 et une aube 16 du secteur 15 est égal à K/2. Les extrémités libres des aubes 18 affleurent ou sont à faible distance radiale du secteur de virole 15, et les extrémités libres des aubes 30 16 affleurent ou sont à faible distance radiale du secteur de virole 13.-Ces distances sont de préférence inférieures ou égales à 0,05 mm. Chaque secteur 13 de virole interne est aligné en direction circonférentielle avec les plates-formes 34 des aubes entretoises 20 adjacentes et a en section (dans un plan passant par l'axe longitudinal de l'étage) une forme identique à celle des plates-formes 34 et des pieds 36 des aubes entretoises 20.

Un rail annulaire 40 (représenté aux figures 1,4 et 5) s'étendant sur 180° environ permet de relier fixement les secteurs 13 de la virole interne 12 aux aubes entretoises 20. Ce rail 40 comporte une gorge annulaire externe 42 ayant en section une forme sensiblement complémentaire de celle des pieds 36 des aubes 20 et des secteurs de virole 13. Les pieds des aubes 20 coopèrent avec les parois latérales de la gorge 42 du rail pour empêcher la rotation des aubes autour de leurs axes et sont retenus radialement par des rebords annulaires 44 orientés l'un vers l'autre des parois latérales de la gorge 42. Les pieds 36 des aubes 20 et chaque secteur 13 sont engagés par coulissement en direction circonférentielle dans la gorge annulaire 42 du rail, en déplaçant le rail 40 en direction circonférentielle sur les secteurs 13 de la virole interne 12 et sur les pieds 36 des aubes 20. Pour cela, le pied 36 d'une aube 20 disposée à une des extrémités circonférentielles du secteur de virole 15 est engagé dans une extrémité circonférentielle de la gorge 42 du rail 40 puis le rail est déplacé en coulissement en direction circonférentielle sur les secteurs 13 de la virole interne, jusqu'à ce que les extrémités circonférentielles du rail soient sensiblement alignées en direction radiale avec les extrémités circonférentielles du secteur de virole 15.

Le rail 40 peut porter à sa périphérie interne un élément annulaire 46 en matériau abradable destiné à coopérer par frottement avec des léchettes annulaires portées par le rotor de la turbine ou du compresseur, de façon à former un joint d'étanchéité du type à labyrinthe. Les première et seconde parties de l'étage redresseur sont 30 identiques et assemblées de la même façon. Ces deux parties sont ensuite disposées bout à bout puis reliées fixement l'une à l'autre pour former l'étage redresseur. Dans l'exemple des dessins, la partie représentée de l'étage redresseur 10 comprend 30 aubes 16 de la première série, (3 x 9) = 27 aubes 18 de la seconde série, et 4 aubes entretoises 20. La seconde partie non représentée de cet étage 10 est identique. On peut avantageusement intercaler une lame ondulée 48 à effet ressort entre le dessous du pied 36 de l'aube 20, la base du secteur 13 et le fond 50 de la gorge 42 du rail 40 (figure 5) pour assurer un contact permanent du pied 36 de l'aube 20 et de la partie correspondante de chaque secteur 13 sur les rebords 44 de la gorge 42 du rail 40. Les hauteurs radiales des rebords 44 de la gorge 42 du rail sont déterminées par rapport aux dimensions radiales des liaisons des pieds 36 des aubes 20 à leurs plates-formes 34 pour un montage ajusté des pieds des aubes 20 dans la gorge 42 du rail, et de même pour les parties correspondantes des secteurs 13. Ainsi, les faces externes des plates-formes 34 des aubes 20 et des parties correspondantes des secteurs 13 sont précisément au même niveau, ce qui assure la continuité de la surface interne délimitant la veine de fluide qui passe dans l'étage redresseur.20

Claims

REVENDICATIONS1. Etage redresseur (10) pour une turbomachine, comprenant deux viroles (12, 14) sensiblement cylindriques, respectivement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des aubes (16, 18, 20) sensiblement radiales, caractérisé en ce qu'il comprend une première série d'aubes (16) portées par une première des viroles (14), une seconde série d'aubes (18) portées par la seconde virole (12), et des moyens de liaison reliant les deux viroles entre elles, les aubes de la première virole étant en alternance avec les aubes de la seconde virole.
2. Etage redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes (16, 18) de chaque série sont sensiblement régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal de l'étage.
3. Etage redresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de liaison des viroles comprennent des aubes entretoises (20) dont les extrémités sont fixées à la première virole et à la seconde virole, respectivement.
4. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque virole (12, 14) est sectorisée et comprend au moins deux secteurs annulaires (13, 15) montés bout à bout.
5. Etage redresseur selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend un rail annulaire (40) monté sur la virole interne (12) et comportant une gorge annulaire externe (42) dans laquelle sont engagés par coulissement en direction circonférentielle un rebord annulaire interne de chaque secteur de la virole interne et l'extrémité radialement interne (36) de chaque aube entretoise (20).
6. Etage redresseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que des lames ondulées (48) formant ressort sont interposées entre le fond de la gorge annulaire (42) du rail (40), d'une part, et les secteurs (13) de la virole interne et les pieds (36) des aubes entretoises, d'autre part.
7. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aubes (16) de la première série ont des extrémités libres qui affleurent ou sont à faible distance radiale de la seconde virole (12), et les aubes (18) de la seconde série ont des extrémités libres qui affleurent ou sont à faible distance radiale de la première virole (14).
8. Etage redresseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la distance radiale entre l'extrémité libre de chaque aube (16, 18) de la première et de la seconde série et la virole (12, 14) correspondante est inférieure ou égale à 0,05mm.
9. Etage redresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque secteur annulaire (13, 15) d'une virole est formé d'une seule pièce avec les aubes (16, 18) portées par ce secteur de virole, par exemple de fonderie ou par usinage.
10. Etage redresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les aubes (16, 18) portées par chaque secteur annulaire (13, 15) d'une virole sont rapportées et fixées, par exemple par brasage ou soudage, sur ce secteur de virole.
11 Etage redresseur selon la revendication 3, caractérisé en ce 20 que les aubes entretoises (20) sont reliées de manière démontable aux viroles (12, 14).
12. Etage redresseur selon la revendication 3 ou 11, caractérisé en ce que l'extrémité radialement externe (26) de chaque aube entretoise (20) est filetée et est engagée dans un orifice radial (28) de la virole externe 25 (14) et reçoit un écrou (30) prenant appui sur cette virole externe.
13. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un étage redresseur (10) selon l'une des revendications précédentes.