FR2985792A1 - Secteur angulaire de redresseur a amortissement de vibrations par coin pour compresseur de turbomachine - Google Patents

Secteur angulaire de redresseur a amortissement de vibrations par coin pour compresseur de turbomachine Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un secteur angulaire de redresseur (16) pour compresseur de turbomachine, comportant une virole interne (20), une virole externe (22), au moins une pale (24), un élément de carter (36') monté au moins en partie autour de l'une des viroles et ayant une gorge (42) ouverte en regard d'une extrémité axiale de la virole correspondante, un élément rapporté formant coin (44) interposé entre l'élément de carter et la virole correspondante, le coin présentant une première surface (46) destinée à venir en contact avec une surface d'appui (22a) de l'extrémité axiale de la virole correspondante et une seconde surface (48) inclinée par rapport à la première surface et destinée à venir en contact avec une surface inclinée (50) correspondante de la gorge de l'élément de carter, et des moyens (52) pour exercer un effort axial sur le coin de façon à maintenir sa première surface en contact avec la surface d'appui et sa seconde surface en contact avec la surface inclinée de la gorge de l'élément de carter.

Description

985 792 1 Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des redresseurs pour compresseur ou turbine d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur, un turbopropulseur d'avion, une turbine à vapeur ou un 5 compresseur. Elle vise plus précisément l'amortissement des modes de vibrations auxquelles sont soumises en fonctionnement les pales d'un redresseur. Dans le cas d'un compresseur de turbomachine, celui-ci se 10 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, 15 c'est-à-dire qu'il est constitué de plusieurs secteurs angulaires mis bout à bout autour de l'axe longitudinal du compresseur. Typiquement, chaque secteur de redresseur comporte une virole interne et une virole externe disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, et une ou plusieurs pales s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à celles-ci par 20 leurs extrémités radiales. A chacune de leurs extrémités axiales, les viroles externes des secteurs de redresseur comportent des moyens de montage du secteur sur le carter externe de la turbomachine. En fonctionnement, un secteur angulaire de redresseur est soumis à de nombreuses sollicitations mécaniques, aussi bien statiques 25 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 les contraintes mécaniques dues à ces sollicitations entraînent une 30 détérioration voire une destruction des bords d'attaque et de fuite des pales. Pour éviter cet inconvénient, diverses solutions ont été envisagées. On pourra citer à titre d'exemple les demandes de brevet FR 10/54849 et FR 10/54851 déposées le 18 juin 2010 qui prévoient de loger 35 un élément rapporté formant amortisseur ou butée dans une cavité formée dans la virole externe du secteur angulaire de redresseur de façon 2 985 792 2 à diminuer les contraintes mécaniques auxquelles est soumise en fonctionnement la pale. On connaît aussi le document FR 2,896,548 qui décrit un ensemble de redresseurs dans lequel l'une des pattes de montage est raccordée à la virole externe en une zone axialement espacée de la zone de raccordement des bords d'attaque ou de fuite des pales à la virole externe. Bien qu'efficaces, ces solutions présentent le désavantage d'engendrer une usure prématurée des pièces de contact pouvant faire perdre à l'ensemble sa capacité d'amortissement.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une solution d'amortissement des modes vibratoires auxquelles est soumise la pale en fonctionnement qui soit toujours efficace même en cas d'usure des pièces utilisées. Ce but est atteint grâce à un secteur angulaire de redresseur pour compresseur de turbomachine, comportant une virole interne, une virole externe, au moins une pale s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à celles-ci par ses extrémités radiales, un élément de carter monté au moins en partie autour de l'une des viroles, ledit élément de carter ayant une gorge ouverte en regard d'une extrémité axiale de la virole correspondante, un élément rapporté formant coin interposé radialement entre l'élément de carter et la virole correspondante, le coin présentant une première surface destinée à venir en contact avec une surface d'appui de l'extrémité axiale de la virole correspondante et une seconde surface inclinée par rapport à la première surface et destinée à venir en contact avec une surface inclinée correspondante de la gorge de l'élément de carter, et des moyens pour exercer un effort axial sur le coin de façon à maintenir sa première surface en contact avec la surface d'appui et sa seconde surface en contact avec la surface inclinée de la gorge de l'élément de carter. Le coin du secteur de redresseur selon l'invention est interposé entre l'élément de carter (partie fixe) et l'une des viroles (partie subissant un mouvement dans une direction radiale à cause des sollicitations mécaniques auxquelles le secteur de redresseur est soumis en fonctionnement). Ce coin est par ailleurs soumis à une force axiale le poussant contre la surface inclinée de la gorge du carter. Grâce à la présence de cette surface inclinée, le coin peut être maintenu en permanence en contact avec l'extrémité axiale (c'est-à-dire le bord de fuite ou le bord d'attaque) de la virole (par sa première surface) et avec le carter (par sa seconde surface). Il résulte de tels contacts un amortissement des modes vibratoires auxquelles est soumise la pale en fonctionnement. Par ailleurs, l'effort axial exercé sur le coin permet d'assurer ces contacts même en cas d'usure des surfaces de contact du coin.
De préférence, la première surface et la seconde surface du coin forment un angle compris entre 20° et 45°. Un tel angle est suffisamment élevé pour éviter un blocage du coin par pincement entre l'élément de carter et la virole externe tout en restant suffisamment petit pour qu'un effort axial limité conduise à obtenir les contacts recherchés.
La première surface et la seconde surface du coin forment un angle qui peut être ouvert vers l'aval. Les moyens pour exercer l'effort axial sur le coin peuvent comprendre au moins un ressort en appui axial contre le coin. Dans ce cas, ces moyens peuvent comprendre un ressort annulaire ondulé en appui axial à la fois contre une face radiale de la gorge de l'élément de carter et contre une gorge formée dans l'élément de coin. Alternativement, ces moyens peuvent comprendre une pluralité de ressorts hélicoïdaux logés chacun dans une cavité de l'élément de carter et venant en appui axial contre une face radiale du coin.
L'invention concerne également un redresseur de turbomachine comprenant une pluralité de secteurs de redresseur tels que définis précédemment. L'invention concerne encore une turbomachine comprenant 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 un exemple de réalisation dépourvu 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 conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective et en éclaté du redresseur de la figure 1 ; et - la figure 3 montre une variante de réalisation d'un secteur angulaire de redresseur selon l'invention. Description détaillée de l'invention 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.
Le redresseur décrit dans cet exemple de réalisation est sectorisé en douze secteurs angulaires 16 qui sont mis bout à bout circonférentiellement autour de l'axe longitudinal 12 du compresseur (voir figure 2). Bien entendu, l'invention s'applique également à un redresseur formé de pièces de 360°.
Chaque secteur angulaire 16 de redresseur comprend une virole interne 20 et une virole externe 22 disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, ainsi qu'une ou plusieurs pales 24. Lorsque les secteurs de redresseur 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. De façon connue, chaque pale 24 présente un profil aérodynamique délimitées par une face intrados et une surface extrados reliées entre elles par 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 peut être 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 26 destiné à coopérer avec des léchettes radiales 28 portées par l'arbre de rotor 10 afin d'éviter une possible recirculation des gaz sous la virole interne. La virole externe 22 présente aussi une forme de portion d'anneau. Elle porte sur sa surface externe une patte d'attache amont 30 5 et une patte d'attache aval 32 pour le montage du secteur de redresseur sur un carter de redresseur. A cet effet, la patte d'attache amont 30 fait saillie axialement vers l'amont et vient s'engager dans une rainure 34 correspondante pratiquée dans un élément de carter de redresseur 36 disposé autour de 10 la virole externe. Quant à la patte d'attache aval 32, elle fait saillie axialement vers l'aval et délimite radialement avec la surface externe 22a du bord de fuite de la virole externe une rainure 38 dans laquelle vient s'engager une patte 40 d'un autre élément de carter de redresseur 36'. Il est à noter que cet élément de carter 36' peut ne former qu'une seule et 15 même pièce avec l'élément de carter 36 cité ci-dessus. De plus, d'autres modes de montage du secteur de redresseur sur le carter pourraient être envisagés. On décrira maintenant comment est réalisé l'amortissement des modes vibratoires de la pale en fonctionnement conformément à 20 l'invention. Dans l'exemple décrit ici, l'amortissement s'effectuera par l'intermédiaire du bord de fuite de la virole externe. Toutefois, cet exemple n'est pas limitatif ; l'amortissement pouvant être réalisé au niveau du bord d'attaque et/ou du bord de fuite de la virole externe et/ou de la virole interne.
25 A cet effet, l'élément de carter 36' sur lequel est monté la patte d'attache aval 32 est disposé au moins en partie autour de la virole externe et présente une gorge 42 ouverte vers l'intérieur en regard du bord de fuite de la virole externe. Le secteur de redresseur comprend en outre un élément 30 rapporté formant coin 44 qui est positionné dans la gorge 42 de l'élément de carter 36' de sorte à être interposé radialement entre l'élément de carter et la virole externe. Le coin est une pièce rapportée ouverte (c'est-à-dire fendue) ou de préférence composée de plusieurs secteurs angulaires formant 35 ensemble une couronne de 360°.
2 985 792 6 Le coin 44 présente une première surface 46 qui est destinée à venir en contact avec la surface externe 22a du bord de fuite de la virole externe (la surface externe 22a forme ainsi une surface d'appui) et une seconde surface 48 qui est inclinée par rapport à la première surface et 5 qui est destinée à venir en contact avec une surface inclinée 50 correspondante de la gorge 42 de l'élément de carter 36'. La première surface 46 et la seconde surface 48 du coin 44 forment ainsi un angle a qui peut être ouvert vers l'aval (cas des figures 1 à 3) ou vers l'amont. Des moyens permettent d'exercer un effort axial sur le coin 44 10 de façon à maintenir sa première surface 46 en contact avec la surface externe 22a du bord de fuite de la virole externe 22 et sa seconde surface 48 en contact avec la surface inclinée 50 de la gorge 42 de l'élément de carter 36'. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, de tels moyens 15 comprennent un ressort annulaire ondulé 52 en appui axial à la fois contre une face radiale 54 de la gorge 42 de l'élément de carter et contre une gorge 56 formée dans le coin. Plus précisément, la gorge 56 du coin 44 débouche axialement vers l'amont en regard de la face radiale 54. Ainsi, le ressort ondulé 52 exerce un effort axial sur le coin 44 20 dans la direction aval (sens de la flèche F sur la figure 1) de sorte à le pousser contre la surface inclinée 50 de la gorge 42 du coin. Compte tenu de la présence de l'angle a ouvert vers l'aval entre les surfaces 46 et 48 du coin 44, cet effort permet, en présence de vibrations conduisant à des déplacements relatifs de la virole externe du secteur de redresseur, à 25 assurer un contact permanent, d'une part entre la première surface 46 du coin et la surface externe 22a du bord de fuite de la virole externe 22, et d'autre part entre la seconde surface 48 du coin et la surface inclinée 50 de la gorge 42 de l'élément de carter 36'. Dans la variante de réalisation de la figure 3, de tels moyens 30 comprennent une pluralité de ressorts à hélicoïdaux 58 logés chacun dans une cavité 60 de l'élément de carter et venant en appui axial contre une face radiale 62 du coin 44. Ces ressorts hélicoïdaux peuvent être régulièrement espacés autour de l'axe longitudinal 12 du compresseur. Ainsi, les ressorts hélicoïdaux 58 exercent un effort axial sur le 35 coin 44 dans la direction aval (sens de la flèche F sur la figure 1) de sorte à le pousser contre la surface inclinée 50 de la gorge 42 du coin. Il en résulte un contact permanent, d'une part entre la première surface 46 du coin et la surface externe 22a du bord de fuite de la virole externe 22, et d'autre part entre la seconde surface 48 du coin et la surface inclinée 50 de la gorge 42 de l'élément de carter 36' Bien entendu, d'autres moyens pour exercer un tel effort axial sur le coin pourraient être envisagés. Par exemple, cet effort axial pourrait être obtenu en créant une surpression dans l'enceinte à l'intérieur de la gorge formée dans l'élément de carter. Selon une disposition avantageuse, l'angle a formé entre les surfaces 46 et 48 du coin 44 est compris entre 20° et 45°. Un tel angle est suffisamment élevé pour éviter un blocage du coin par pincement entre l'élément de carter et la virole externe tout en restant suffisamment petit pour qu'un effort axial limité conduise à obtenir les contacts recherchés.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Secteur angulaire de redresseur (16) pour compresseur de turbomachine, comportant : une virole interne (20) ; une virole externe (22) ; au moins une pale (24) s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à celles-ci par ses extrémités radiales ; un élément de carter (36') monté au moins en partie autour de l'une des viroles, ledit élément de carter ayant une gorge (42) ouverte en regard d'une extrémité axiale de la virole correspondante ; un élément rapporté formant coin (44) interposé radialement entre l'élément de carter et la virole correspondante, le coin présentant une première surface (46) destinée à venir en contact avec une surface d'appui (22a) de l'extrémité axiale de la virole correspondante et une seconde surface (48) inclinée par rapport à la première surface et destinée à venir en contact avec une surface inclinée (50) correspondante de la gorge de l'élément de carter ; et des moyens (52 ; 58) pour exercer un effort axial sur le coin de façon à maintenir sa première surface en contact avec la surface d'appui et sa seconde surface en contact avec la surface inclinée de la gorge de l'élément de carter.
  2. 2. Secteur de redresseur selon la revendication 1, dans lequel la première surface (46) et la seconde surface (48) du coin (44) forment un angle (a) compris entre 20° et 45°.
  3. 3. Secteur de redresseur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la première surface et la seconde surface du coin forment un angle ouvert vers l'aval.
  4. 4. Secteur de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens pour exercer l'effort axial sur le coin comprennent au moins un ressort (52 ; 58) en appui axial contre le 35 coin.
  5. 5. Secteur de redresseur selon la revendication 4, dans lequel les moyens pour exercer l'effort axial sur le coin comprennent un ressort annulaire (52) ondulé en appui axial à la fois contre une face radiale (54) de la gorge (42) de l'élément de carter et contre une gorge (56) formée dans l'élément de coin.
  6. 6. Secteur de redresseur selon la revendication 4, dans lequel les moyens pour exercer l'effort axial sur le coin comprennent une pluralité de ressorts hélicoïdaux (58) logés chacun dans une cavité (60) de l'élément de carter et venant en appui axial contre une face radiale (62) du coin.
  7. 7. Redresseur de turbomachine, comprenant une pluralité de secteurs de redresseur (16) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 6.
  8. 8. Turbomachine comprenant au moins un redresseur selon la revendication 7.
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