CA2752487C

CA2752487C - Temoin d'erosion pour roue de compresseur

Info

Publication number: CA2752487C
Application number: CA2752487A
Authority: CA
Inventors: Geoffroy Billotey; Olivier Descubes; Sylvain Gourdant; Olivier Tuot
Original assignee: Turbomeca SA
Current assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2017-03-14
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: RU2011138200A; CN102326003A; FR2942267B1; FR2942267A1; RU2516755C2; KR20110122192A; EP2399035A1; US8915711B2; PL2399035T3; CA2752487A1; JP2012518123A; WO2010094873A1; EP2399035B1; JP5475018B2; US20110299987A1; CN102326003B; ES2553761T3; KR101706795B1

Abstract

La présente invention concerne une roue (10) de compresseur centrifuge qui comporte un moyeu (12), un voile (14) s'étendant radialement depuis le moyeu et portant une pluralité de pales (16). L'invention se caractérise par le fait que le voile comporte un témoin d'érosion (18) de la roue.

Description

Témoin d'érosion pour roue de compresseur La présente invention a trait au domaine des étages de compression des turbomachines, tels par exemple, mais non exclusivement, les turbomoteurs d'aéronefs et, notamment, au problème de l'usure des éléments constitutifs de ces étages de compression.
La présente invention concerne plus précisément l'un de ces éléments constitutifs, à savoir une roue de compresseur centrifuge qui comporte un moyeu, un voile s'étendant radialement depuis le moyeu et portant une pluralité de pales.
Dans la suite, les adjectifs axial et radial sont considérés par rapport à l'axe de rotation de la roue de compresseur.
Une telle roue de compresseur centrifuge, bien connue par ailleurs, participe avec un diffuseur radial à la compression de l'air qui entre axialement dans l'étage de compression, avant d'en sortir radialement.
De manière connue, chacune des pales s'étend entre un bord d'attaque et un bord de fuite et présente un intrados et un extrados.
Lors du fonctionnement de l'étage de compression, notamment mais pas exclusivement lorsqu'il équipe un turbomoteur d'aéronef, telle une turbine à gaz d'un hélicoptère, la roue de compresseur tend à s'éroder à
cause notamment de l'ingestion de particules, comme du sable dans l'étage de compression.
Après plusieurs heures de fonctionnement, on constate généralement la présence de profils d'érosion, notamment un recul du bord d'attaque, et la formation d'un sillon en pied de pale du côté de l'intrados et s'étendant vers le bord de fuite. En d'autres termes, la présence d'un sillon à cet endroit de la roue résulte d'une érosion de cette dernière.
Le recul des bords d'attaque peut entraîner une dégradation des performances et de la stabilité aérodynamique du compresseur, ainsi qu'une dégradation de la tenue mécanique des pales. De plus, le sillon dégrade la tenue mécanique du disque du rouet. L'érosion en bord d'attaque est facilement détectable par des moyens classiques (caméra par l'entrée d'air du moteur) et il peut arriver qu'elle soit plus faible que l'érosion de type sillon. I1 est donc aussi nécessaire de contrôler aussi ce type d'érosion, et si hïen -p1fn !Pr-Ir l4p I nï le :jF t par trop érodé p-? '' sillon,

2 Généralement le profil d'érosion est très fin et peu visible si bien qu'il est difficile d'estimer rapidement si l'érosion apparue est tolérable ou non.
Un but de la présente invention est de proposer une roue de compresseur centrifuge dont l'érosion de type sillon peut être contrôlée rapidement et simplement.
L'invention atteint son but par le fait que le voile comporte un témoin d'érosion de la roue.
Le témoin d'érosion est choisi de telle sorte que lorsqu'il est complètement érodé, le niveau d'érosion de la roue de compresseur est tel qu'il est nécessaire de la remplacer.
On comprend aussi que ce témoin d'érosion est bien visible de sorte qu'un mécanicien peut facilement et rapidement contrôler l'état d'usure de la roue de compresseur.
Selon l'invention, le témoin d'érosion s'érode au fur et à mesure de la formation du sillon dans le voile de la roue de compresseur. De préférence, le témoin est arrangé de telle sorte que l'érosion entraîne une diminution de l'épaisseur axiale du voile et, donc, du témoin d'érosion.
De manière préférentielle, le témoin d'érosion est situé sur un bord périphérique extérieur du voile, grâce à quoi la formation du sillon est aisément contrôlable, et, de plus, le témoin d'érosion ainsi positionné ne perturbe pas l'écoulement de l'air dans la roue de compresseur.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le témoin d'usure comprend au moins une nervure faisant radialement saillie depuis un bord périphérique du voile, la nervure présentant une épaisseur axiale inférieure à celle du voile de manière à former une marche entre un pan de la nervure et une surface du voile d'où s'étendent les pales.
Autrement dit, la nervure présente une hauteur radiale légèrement plus grande que celle de la pale associée, étant entendu que par hauteur radiale, on entend la distance radiale considérée depuis l'axe de rotation de la roue de compresseur.
En d'autres termes, cette nervure constitue une surépaisseur radiale du bord périphérique du voile.
Lors de l'érosion de la roue, le sillon qui se forme en pied de pale tend "#1r' )r? nier xial t en l épai seu !1 voit(. i-nr-lF,nr at `)( r( de ~.. te S:. _IU` t) C~1 l\/( r) ' )1 J Melun sa I a IIe I` m' aie

3 PCT/FR2010/050205 étant précisé que par hauteur axiale on entend la distance entre le pan de la nervure et la surface intérieure du voile portant la pale. Cette hauteur axiale correspond aussi à la différence entre l'épaisseur axiale du voile prise en son bord périphérique et l'épaisseur axiale de la nervure.
Puis, lorsque toute la marche a été érodée du fait de la formation du sillon, ce dernier commence à se former sur le pan de la nervure.
Les inventeurs ont constaté que le début de l'érosion de la nervure est particulièrement visible sur le pan de la nervure, de sorte qu'il est, de manière avantageuse, aisé d`identifier la fin de l'érosion du témoin d'érosion.
Ainsi, de manière particulièrement commode, le mécanicien saura qu'il est nécessaire de remplacer la roue de compresseur dés lors qu'il aura constaté une trace d'érosion dans la nervure.
Pour ce faire, la hauteur axiale de la marche est avantageusement calibrée.
De préférence, la marche présente une hauteur axiale comprise entre 0,5 et 1,5 mm.
Par ailleurs, la hauteur radiale de la nervure est de préférence comprise entre 0,5 et 3 mm.
Selon l'invention, le témoin d'usure peut être constitué d'une ou plusieurs nervures. Cependant, on choisira de préférence une unique nervure s'étendant le long de la circonférence du bord périphérique du voile.
Il faut ajouter que, jusqu'à présent, le contrôle de l'érosion de la roue de compresseur nécessite le démontage complet de la roue de compresseur.
Un tel démontage, opéré généralement lors d'une révision ou d'une réparation de la turbomachine, est le plus souvent long et couteux et, au surplus, entraine l'immobilisation au sol de l'aéronef.
La présente invention concerne en outre un étage de compression d'une turbomachine comportant une roue de compresseur selon l'invention, ainsi qu'un carter muni d'une entrée pour permettre l'introduction d'une caméra dans l'étage de compression de manière à contrôler l'usure du témoin d'érosion.
Ainsi, grâce à l'invention, il n'est plus nécessaire de démonter la roue de compresseur pour contrôler son érosion dans la mesure oû le mécanicien peut rinr+ r~,i ,. ire de la r F ~e en poir~ ar t la cam ~, t té ou 1 t rF , ,_ _ , I n peut coi ulet n ro ~~, comrs~t; e n ~,_ ~to,e

4 aisément l'érosion produite par les sillons formés au pied de chacune des pales de la roue.
De préférence, la caméra est un endoscope.
La présente invention concerne aussi une turbomachine comportant un étage de compression selon l'invention. De préférence, la turbomachine est un turbomoteur d'hélicoptère ou de tout autre aéronef.
La présente invention concerne enfin un procédé de détermination de l'érosion d'une roue de compresseur centrifuge d'une turbomachine selon l'invention, procédé dans lequel on introduit un endoscope dans l'étage de compression pour contrôler l'usure du témoin d'érosion de ladite roue.
Dans ce procédé, l'endoscope est introduit par une ouverture réalisée dans le carter, de préférence un bossage, puis pénètre à travers le diffuseur jusqu'à ce qu'il soit possible d'observer le bord périphérique du voile et donc le témoin d'érosion.
Ainsi, grâce à ce procédé, le suivi du niveau d'érosion peut se faire directement en service et non plus à l'occasion d'une maintenance globale de la turbomachine.
L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, d'un mode de réalisation indiqué à
titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 est une vue en perspective d'une roue de compresseur selon l'invention comportant un témoin d'usure constitué par une nervure s'étendant selon la circonférence du bord périphérique du voile ;
la figure 2 est une vue partielle en coupe d'un étage de compression représentant une extrémité aval de la roue de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue partielle détaillée de la figure 2 montrant le témoin d'érosion de la roue de la figure 1 et une portion d'un carter de diffuseur de l'étage de compression ;
la figure 4 est une vue partielle du bord de fuite d'une pale de la roue de la figure 1 lorsque ladite roue n'est pas érodée ;

- la figure 5 est une vue partielle du bord de fuite d'une paie de la roue de la figure 1 lorsque ladite roue est légèrement érodée, le témoin d'érosion étant partiellement consommé ;
la figure 6 est une vue partielle du bord de fuite d'une paie de

5 la roue de la figure 1 lorsque ladite roue est sévèrement érodée, le témoin d'érosion étant totalement consommé ; et la figure 7 est une vue en coupe d'une turbine à gaz d'hélicoptère comportant la roue de compresseur de la figure 1.
La figure 1 est une vue en perspective d'une roue de compresseur 10 que l'on trouve habituellement dans les turbines à gaz d'hélicoptère. Bien entendu, la présente invention s'applique également à d'autres types de turbomachine qui comportent une roue de compresseur.
De manière connue, la roue de compresseur 10 comporte un moyeu 12 destiné à coopérer avec un arbre d'entraînement (non représenté ici) afin d'entrainer la roue 10 en rotation autour de son axe A. Dans la suite de la description, les adjectifs radial et axial seront considérés en référence à cet axe A. Cette roue de compresseur 10 est destinée à être montée dans un carter en vis-à-vis d'un diffuseur 11 d'un étage de compression 13 visible sur la figure 7.
La roue de compresseur 10 comporte également un voile 14, mieux visible sur la figure 2, qui s'étend radialement depuis le moyeu 12.
Par ailleurs, la roue de compresseur 10 porte une pluralité de pales 16, chacune s'étendant entre un bord d'attaque 16a et un bord de fuite 16b. Il est aussi connu que ces pales 16 sont portées par le moyeu 12 et le voile 14. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, dans cet exemple, les bords de fuites 16b des pales 16 affleurent un bord périphérique 22 du voile 14.
Conformément à la présente invention, le voile 14 de la roue de compresseur 10 comporte un témoin d'érosion 18 qui, en l'espèce, comporte une nervure 20, de préférence mais non nécessairement unique, ladite nervure 20 faisant radialement saillie depuis le bord périphérique 22 du voile 14, à l'endroit du bord de fuite 16b de chacune des pales 16.
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6 Comme on le voit sur ces figures, la nervure 20 présente une épaisseur axiale EN inférieure à l'épaisseur axiale EV du voile de manière à
former une marche M entre un pan 20a de la nervure 20 et une surface S
du voile 14 d'où s'étendent les pales 16. En d'autres termes, cette marche M constitue une marche descendante dans le sens F d'écoulement de l'air dans la roue de compresseur 10. Ainsi, la nervure 20 est disposée à une extrémité axiale du bord périphérique, qui est opposée à la surface S portant les pales 16.
Par ailleurs, la nervure 20 présente une hauteur radiale HN comprise de préférence entre 0,5 et 3 mm, de manière à laisser un jeu radial entre l'extrémité de la nervure 20 et le diffuseur 11 de l'étage de compression 13.
Cette marche 20 présente une hauteur axiale HM comprise de préférence entre 0,5 et 1,5 mm, dont l'intérêt sera explicité ci-après.
A l'aide des figures 4 à 6, on va maintenant expliquer comment le témoin d'érosion fonctionne.
Ces figures montrent l'intrados de l'une des pales 16 à proximité de son bord de fuite 16b.
Lorsque la roue n'est pas érodée, ce qui est le cas d'une roue neuve par exemple, le voile 14 ne présente aucun profil d'érosion en pied de pale comme cela est représenté sur la figure 4.
Après plusieurs centaines d'heures de fonctionnement, les particules charriées par l'écoulement d'air provoquent une érosion qui se traduit par l'apparition d'un sillon 30 en pied de pale du côté intrados I, comme cela est représenté sur la figure 5.
La profondeur de ce sillon 30 augmente progressivement et tend à
consommer l'épaisseur axiale EV du voile 14.
Sur la figure 5, on constate que le sillon 30, en bord de fuite 16b, présente une profondeur inférieure à la hauteur axiale HM de la marche M.
Autrement dit, dans cet état, la marche M n'est pas complètement érodée et la nervure 20 n'a pas été attaquée.
De préférence, on considère que l'usure de la roue de compresseur 10 est encore acceptable tant que l'érosion n'a pas attaqué la nervure 20.
Dans un état plus avancé d'érosion, tel que celui représenté sur la q' ure 6, or, constate ue ; illo ! 30 a ,,i-faq,1é la nervi urr Q ':ie sorte que la i C- .d du dote tif f il p l`c1tjC?s I

7 En d'autres termes, la profondeur du sillon 30 est supérieure à la hauteur axiale HM de la marche M. Dans cet état, le témoin d'érosion 18 est totalement érodé ce qui implique que la roue de compresseur 10 doit être changée.
Conformément à la présente invention, le contrôle de l'usure du témoin d'érosion 18 se fait avantageusement à l'aide d'une caméra, de préférence un endoscope 40, qui est introduite à travers une entrée 42 du carter 15 de l'étage de compression 13, en l'espèce un bossage, comme cela est schématisé sur la figure 7.
L'introduction de l'endoscope 40 est réalisée à travers un diffuseur radial 44 que l'on trouve habituellement dans les étages de compression.
Comme on le comprend à l'aide de la figure 2, l'endoscope 40 permet d'observer et de contrôler l'état d'usure du témoin d'érosion 18 sans nécessiter le démontage complet de la roue 10.
En pratique, les inventeurs ont découvert que le début de l'érosion de la nervure 20, traduisant l'usure totale du témoin d'érosion 18, est aisément détectable à l'aide de l'endoscope. En effet la disparition de la marche M
associée à l'érosion de la nervure se voit facilement.
Pour résumé, lors du contrôle endoscopique du témoin d'érosion 18, de deux choses l'une : soit la marche M est encore présente et la nervure 20 ne présente pas de trace d'érosion, de sorte que la roue de compresseur 10 peut être encore utilisée, soit la marche M a disparu et la nervure 20 présente une trace d'érosion, auquel cas la roue doit être changée.

Claims

REVENDICATIONS

1. Roue de compresseur centrifuge, comprenant :
un moyeu;
un voile s'étendant radialement depuis le moyeu; et une pluralité de pales portées par la roue;
dans laquelle le voile comporte un témoin d'érosion de la roue;
le témoin d'érosion comprenant au moins une nervure faisant radialement saillie depuis un bord périphérique du voile à l'endroit d'un bord de fuite de l'une des pales;
la nervure présentant une épaisseur axiale inférieure à une épaisseur axiale du voile de manière à former une marche entre un pan de la nervure et une surface du voile d'où s'étendent les pales; et la nervure présentant une hauteur radiale, ladite marche étant située sur une face amont de ladite hauteur radiale, et une face externe radiale de ladite hauteur radiale faisant face à un diffuseur d'un étage de compression de manière à
présenter un jeu radial entre ladite hauteur radiale et ledit diffuseur.

2. Roue de compresseur centrifuge selon la revendication 1, dans laquelle la marche présente une hauteur axiale comprise entre 0,5 et 1,5 mm.

3. Roue de compresseur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle la hauteur radiale de la nervure est comprise entre 0,5 et 3 mm.

4. Roue de compresseur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la nervure s'étend selon une circonférence du voile.

5. Etage de compression d'une turbomachine, comprenant :
une roue de compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4; et un carter muni d'une entrée pour permettre l'introduction d'un endoscope dans l'étage de compression de manière à contrôler l'usure du témoin d'érosion.

6. Turbomachine comportant un étage de compression selon la revendication 5.

7. Procédé de détermination de l'érosion d'une roue de compresseur centrifuge d'un étage de compression, comprenant de :
présenter une roue de de compresseur incluant :
un moyeu;
un voile s'étendant radialement depuis le moyeu; et une pluralité de pales portées par la roue;
fournir un témoin d'érosion de la roue dans le voile, le témoin d'érosion comprenant au moins une nervure faisant radialement saillie depuis un bord périphérique du voile à l'endroit d'un bord de fuite de l'une des pales; la nervure présentant une épaisseur axiale inférieure à une épaisseur axiale du voile de manière à former une marche entre un pan de la nervure et une surface du voile d'où s'étendent les pales; et introduire un endoscope dans l'étage de compression pour contrôler l'usure du témoin d'érosion de la roue; et déterminer l'acceptabilité de la roue sur la base de l'usure contrôlée par témoin d'érosion de la roue;
dans lequel la roue de compresseur est acceptable si une profondeur d'un sillon sur le bord de fuite est inférieure à une hauteur radiale de la marche.

8. Le procédé selon la revendication 7, dans lequel l'endoscope est introduit dans l'étage de compression par une entrée d'un carter.

9. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, comprenant en outre de remplacer la roue de compresseur quand la profondeur du sillon est supérieure à hauteur radiale de la marche.