FR2966530A1 - Etage redresseur a calage variable pour un compresseur d'une turbomachine - Google Patents

Abstract

Etage redresseur d'aubes à calage variable pour un compresseur d'une turbomachine, comprenant une rangée annulaire d'aubes (22) comportant à leurs extrémités radialement internes des pivots cylindriques (26) centrés et guidés en rotation dans des logements (36) d'un anneau au moyen de premiers paliers (38) à surface cylindrique externe lisse et comprenant chacun une douille externe métallique et une frette en matériau composite montée serrée à l'intérieur de la douille, et de seconds paliers (60) constitués chacun d'une douille métallique à filetage externe coopérant avec une frette interne métallique montée serrée sur le pivot interne d'une aube.

Description

Etage redresseur à calage variable pour un compresseur d'une turbomachine

La présente invention concerne un étage redresseur à calage variable pour un compresseur d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Un compresseur haute-pression de turbomachine peut comprendre plusieurs étages redresseurs à calage variable qui sont séparés les uns des autres par des roues à aubes solidaires les unes des autres et portées par l'arbre du compresseur. Un étage redresseur du type précité comprend une rangée annulaire d'aubes sensiblement radiales comportant à leurs extrémités radialement externes et internes des pivots cylindriques qui sont guidés en rotation dans des logements cylindriques d'une part d'un carter externe et d'autre part d'un anneau interne sectorisé de support de blocs de matière abradable. Le carter externe et l'anneau interne délimitent entre eux la veine annulaire d'écoulement des gaz du compresseur. Les blocs de matière abradable portés par l'anneau interne sont destinés à coopérer par frottement avec des léchettes annulaires externes du rotor du compresseur pour former un joint du type à labyrinthe et limiter ainsi le passage des gaz en direction axiale, radialement à l'intérieur de l'étage redresseur à calage variable. Les pivots radialement externes des aubes sont reliés par des biellettes à un anneau de commande qui entoure le carter externe et est entraîné en rotation autour de l'axe de la turbomachine par l'intermédiaire de moyens d'actionnement du type vérin. La rotation de l'anneau de commande autour du carter externe entraîne une rotation des aubes du redresseur autour des axes définis par leurs pivots cylindriques.

Les pivots radialement internes des aubes sont centrés et guidés en rotation dans les logements de l'anneau interne par des paliers lisses, constitués par des douilles métalliques dont la surface cylindrique interne comporte une frette en matériau composite, par exemple à base de carbone, pour réduire les frottements avec les pivots des aubes. Cependant, les frettes composites des douilles destinées à limiter les frottements lors de la rotation des aubes, sont susceptibles de s'user assez rapidement par frottement sur les pivots des aubes. En cas d'usure importante de ces frettes, l'anneau interne de l'étage redresseur peut adopter une position axiale décalée vers l'amont ou vers l'aval en fonctionnement, ce qui peut se traduire par une réduction importante des jeux axiaux entre les extrémités amont ou aval de l'anneau et des parties voisines du rotor du compresseur. Dans le cas où ces jeux deviennent nuls, le rotor frotte sur l'anneau, notamment en cas de pompage, ce qui peut entraîner un feu titane. Il est donc essentiel de limiter l'usure des paliers précités pour éviter tout risque de contact et de frottement entre le rotor et le stator du rotor du compresseur Il est de plus important de limiter autant que possible les frottements entre les paliers et les pivots internes des aubes car les moyens d'actionnement utilisés pour déplacer l'anneau de commande des aubes sont souvent sollicités au maximum de leur capacité.

Enfin, lorsque le compresseur est de petite taille sur certains moteurs, il est important que les paliers restent de petite taille car l'espace disponible pour leur montage est très réduit et leur montage est délicat. Les paliers des pivots internes des aubes doivent donc remplir différentes fonctions : assurer le centrage et le guidage en rotation des pivots, limiter les frottements lors des réglages du calage des aubes, et maintenir axialement l'anneau en fonctionnement, notamment en cas de pompage. De plus, avant le montage des paliers dans les logements de l'anneau, un jeu suffisant doit être prévu entre les pivots internes des aubes et ces logements pour permettre le montage des aubes et des paliers sur l'anneau selon une cinématique particulière.

L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace, et économique à ces problèmes d'usure des paliers et de réduction des jeux axiaux entre le rotor et le stator dans un compresseur de turbomachine.

Elle propose à cet effet un étage redresseur à calage variable pour un compresseur d'une turbomachine, comprenant une rangée annulaire d'aubes comportant à leurs extrémités radialement externes et internes des pivots cylindriques, qui sont guidés en rotation dans des logements cylindriques d'un carter externe et d'un anneau interne sectorisé dans les logements au moyen de paliers lisses, caractérisé en ce que les paliers de l'anneau interne comprennent des premiers paliers à surface cylindrique externe lisse coopérant avec des surfaces correspondantes de logements de l'anneau, et des seconds paliers à filetage externe pour leur vissage dans des logements filetés de l'anneau.

L'invention permet de dissocier deux des fonctions précitées assurées par les paliers des pivots internes des aubes, à savoir la limitation des frottements lors de la rotation des aubes et le maintien axial de l'anneau. Ces deux fonctions sont ainsi assurées, l'une par les premiers paliers à surface externe lisse et l'autre par les seconds paliers à filetage externe, ces derniers assurant également le réglage de la position radiale de l'anneau. Les premiers paliers à surface externe lisse comprennent chacun une douille externe métallique et une frette ou insert en matériau composite monté serré à l'intérieur de la douille. Ces paliers sont donc similaires à ceux de la technique antérieure et limitent les frottements du fait de la rotation des aubes, ce qui permet de réduire l'effort fourni par les moyens d'actionnement de l'anneau de commande. Les seconds paliers à filetage externe sont constitués essentiellement d'une douille métallique coopérant avec une frette métallique montée serrée sur le pivot interne d'une aube. Les matériaux de la douille et de la frette ont une bonne tenue à l'usure, ce qui limite le risque de jeu entre les pivots internes des aubes et les seconds paliers et assure, d'une part, un bon maintien axial de l'anneau et, d'autre part, la reprise des efforts axiaux en fonctionnement. L'étage redresseur selon l'invention comprend avantageusement une forte majorité (au moins 800/0 par exemple) de premiers paliers à surface externe lisse, de façon à limiter autant que possible les frottements lors de la rotation des aubes et à réduire l'effort que doit fournir le vérin de réglage du calage variable du redresseur. Un petit nombre de seconds paliers à filetage externe assure les fonctions précitées de maintien axial de l'anneau et de réglage en position radiale de cet anneau. A titre d'exemple, l'étage redresseur peut comprendre douze seconds paliers à filetage externe et soixante-dix premiers paliers à surface externe lisse, les secteurs d'anneau étant au nombre de quatre et portant chacun trois seconds paliers à filetage externe sensiblement régulièrement répartis sur leur circonférence. Les frettes en composite des premiers paliers sont par exemple à base de carbone et les frettes métalliques des seconds paliers sont par exemple en alliage à base de nickel, tel que du Waspaloy (NiCr20Co13Mo4Ti3Al - NC20K14y - DMD0490).

La présente invention concerne également un compresseur de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un étage redresseur tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle 25 comprend un compresseur du type précité. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques 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, dans lesquels : 30 - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'un compresseur haute-pression d'une turbomachine ; - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective éclatée d'un étage redresseur d'aubes à calage variable selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective éclatée d'une aube à calage variable et de son palier interne ; - la figure 4 est une vue schématique partielle en coupe axiale de l'anneau interne et d'un palier du pivot cylindrique interne d'une aube à calage variable, ce palier étant à surface externe lisse ; - la figure 5 est une vue schématique partielle en coupe axiale de l'anneau interne et d'un palier à filetage externe selon la technique antérieure ; et - la figure 6 est une vue schématique partielle en coupe axiale de l'anneau interne et d'un palier à filetage externe selon l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un compresseur haute-pression 10 d'une turbomachine dont le rotor est formé de roues à aubes 12 solidaires les unes des autres, et dont le stator comprend des étages redresseurs 14 à aubes à calage variable, qui sont portés par un carter externe 16 et qui sont chacun disposés entre deux roues à aubes 12 consécutives du rotor. De façon connue, chaque roue 12 comporte un disque 18 portant à sa périphérie une rangée annulaire d'aubes 20 entourées par le carter externe 16. Chaque étage redresseur 14 à calage variable comprend une rangée annulaire d'aubes 22 comportant à leurs extrémités radialement externe et interne des pivots cylindriques 24, 26, qui sont guidés en rotation dans des logements cylindriques respectivement du carter 16 et d'un anneau 28 de support de blocs 30 de matière abradable. L'extrémité radialement externe du pivot externe 24 de chaque aube 22 est reliée par une biellette 32 à un anneau (non représenté) de commande de la rotation de toutes les aubes de l'étage redresseur. Cet anneau de commande s'étend autour du carter 16 et est entraîné par des moyens d'actionnement du type vérin. La rotation de l'anneau de commande autour du carter 16 provoque une rotation des aubes 22 autour des axes définis par leurs pivots cylindriques 24, 26. L'anneau 28 porte des blocs 30 de matière abradable destinés à coopérer par frottement avec des léchettes annulaires externes 34 du rotor pour former un joint à labyrinthe. L'anneau 28 est sectorisé et comprend plusieurs secteurs disposés bout à bout, dont un est visible en figure 2. Dans l'exemple représenté, l'anneau 28 est formé de quatre secteurs. Les pivots internes 26 des aubes sont centrés et guidés en rotation dans les logements 36 de l'anneau par des paliers 38, 60, qui sont ici au nombre de vingt par secteur d'anneau. Les paliers 38, 60 sont engagés dans les logements 36 de l'anneau par translation radiale depuis l'intérieur. Le montage de l'étage redresseur représenté en figure 2 peut être effectué de la façon suivante : les pivots externes 24 des aubes 22 sont engagés dans les logements du carter externe 16 par translation radiale depuis l'intérieur. Quelques pivots internes 26 d'aubes sont engagés dans les logements 36 correspondants d'une partie d'extrémité circonférentielle d'un secteur d'anneau 28, puis la partie d'extrémité circonférentielle opposée de ce secteur d'anneau est déplacée radialement vers l'extérieur vers les pivots internes 26 des aubes correspondantes. Pour autoriser l'engagement des pivots internes de ces aubes dans les logements 36 de l'anneau, les dimensions, en particulier radiales, des logements sont augmentées par rapport au diamètre des pivots internes 26 des aubes, de sorte à créer des jeux de montage entre les pivots internes des aubes 22 et les logements de l'anneau. Ces jeux permettent aux aubes d'adopter au montage des positions inclinées par rapport à leurs positions radiales et d'autoriser l'engagement de leurs pivots internes dans les logements de l'anneau. Les paliers 38 et 60 sont engagés dans les logements 36 de l'anneau autour des paliers d'aube 26, et des paliers sont engagés dans les logements du carter autour des pivots d'aube 24. Les blocs 30 de matière abradable sont ensuite accrochés sur les secteurs d'anneau. Un étage redresseur à calage variable selon l'invention comprend deux types de paliers 38, 60 de guidage des pivots internes 26 des aubes 22 : les premiers paliers 38 sont à surface externe 42 lisse et sont représentés en grisé en figure 2 et en coupe en figure 4, et les seconds paliers 60 comportent un filetage externe 44 et sont représentés en blanc en figure 2, l'un de ces seconds paliers étant représenté à plus grande échelle en figure 3, et en coupe en figure 6.

Chaque premier palier 38 comporte une douille externe métallique 46 à l'intérieur de laquelle est montée serrée une frette 48 en matériau composite. Le douille 46 comprend des surfaces cylindriques interne et externe lisses, et est montée avec ajustement serré dans un logement 36 de l'anneau 28. La douille 46 comporte un rebord annulaire externe 50 à son extrémité radialement interne. La frette 48 comporte un rebord annulaire externe 51 en appui radial vers l'extérieur (par rapport à l'axe longitudinal du compresseur) sur le rebord 50 de la douille 46. Cette frette 48 comprend une surface cylindrique externe 52 montée serrée sur la surface cylindrique interne de la douille 46 et une surface annulaire interne 54 destinée à coopérer par glissement avec le pivot interne 26 d'une aube 22 pour son centrage et son guidage en rotation. Le coefficient de frottement entre le pivot 26 de l'aube 22 en matériau métallique (tel qu'en titane) et la frette 48 en matériau composite (par exemple à base de graphite) est relativement faible. Les paliers 38 à surface externe lisse ne participent pas au maintien axial de l'anneau et ont pour fonction d'assurer le centrage et le guidage en rotation de pivots 26 d'aube en limitant les frottements lors des réglages des calages des aubes 24, et en limitant donc l'effort fourni par le vérin du dispositif de commande.

Les paliers 40 à filetage externe de la technique antérieure sont représentés en figure 5 et comprennent tous une douille externe métallique 56 à filetage externe et une frette interne 58 en matériau composite, montée serrée à l'intérieur de la douille et coopérant par glissement avec le pivot interne 26 d'une aube 22. L'anneau 28 comprend des logements 36 taraudés dans lesquels sont montés par vissage les paliers 40. Les paliers 60 à filetage externe selon l'invention comprennent une douille externe métallique 62 à filetage externe qui coopère avec une frette interne métallique 64, qui est montée serrée sur le pivot interne 24 d'une aube 22 (figure 6). La douille 62 comprend ici un filetage externe de vissage dans un logement taraudé 36 correspondant de l'anneau, et un rebord annulaire externe 66 à son extrémité radialement interne. La surface cylindrique externe 68 de la frette interne 64 coopère par glissement avec la surface cylindrique interne de la douille 62. La frette 64 a ici une longueur inférieure à celle de la douille 62 et du pivot d'aube 24. Les paliers 60 à filetage externe selon l'invention assurent notamment une fonction de réglage radial de la veine du compresseur par vissage dans les logements 36 de l'anneau 30, et une fonction de maintien axial de cet anneau en fonctionnement, pour éviter tout risque de frottement sur une partie voisine du rotor.25

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Etage redresseur à calage variable pour un compresseur d'une turbomachine, comprenant une rangée annulaire d'aubes (22) comportant à leurs extrémités radialement externes et internes des pivots cylindriques (24, 26), qui sont guidés en rotation dans des logements cylindriques d'un carter externe (16) et d'un anneau interne (28) sectorisé au moyen de paliers lisses (38, 60), caractérisé en ce que les paliers de l'anneau interne comprennent des premiers paliers (38) à surface cylindrique externe lisse coopérant avec des surfaces correspondantes de logements de l'anneau, et des seconds paliers (60) à filetage externe pour leur vissage dans des logements filetés de l'anneau.
2. 2. Etage redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers paliers (38) comprennent chacun une douille externe (46) métallique et une frette interne (48) en matériau composite montée serrée à l'intérieur de la douille pour limiter les frottements avec le pivot d'une aube.
3. 3. Etage redresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les seconds paliers (60) sont constitués chacun d'une douille (62) métallique destinée à coopérer avec une frette interne (64) métallique montée serrée sur le pivot interne d'une aube.
4. 4. Etage redresseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'anneau interne comprend une majorité de premiers paliers (38) à surface externe lisse.
5. 5. Etage redresseur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins 800/0 des paliers de l'anneau interne sont du type à surface externe lisse.
6. 6. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend douze seconds paliers (60) à filetage externe et soixante-dix premiers paliers (38) à surface externe lisse, les secteurs d'anneau (28) étant au nombre de quatre et portant chacun troisseconds paliers à filetage externe sensiblement régulièrement répartis sur leur circonférence.
7. 7. Etage redresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la frette (48) en composite de chaque premier palier (38) sont à base de carbone, par exemple de graphite.
8. 8. Etage selon la revendication 3, caractérisé en ce les frettes métalliques (64) des seconds paliers sont en alliage à base de nickel.
9. 9. Compresseur haute-pression de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un étage redresseur à calage variable selon l'une des revendications précédentes.
10. 10.Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur haute-pression selon la revendication 9.