CA2762308A1

CA2762308A1 - Rouet centrifuge de compresseur

Info

Publication number: CA2762308A1
Application number: CA2762308A
Authority: CA
Inventors: Jerome Porodo; Nicolas Rochuon; Laurent Tarnowski
Original assignee: Turbomeca SA
Current assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2010-12-09
Also published as: EP2438306B1; JP5705839B2; WO2010139901A1; FR2946399A1; CN102459916A; RU2525365C2; KR101750121B1; RU2011153687A; FR2946399B1; CN102459916B; EP2438306A1; JP2012528979A; US20120087800A1; KR20120034670A; PL2438306T3

Abstract

Rouet centrifuge de compresseur destiné à être traversé par un fluide, ce rouet (18) comprenant des pales (24, 25) ayant chacune un bord d'attaque et un bord de fuite (24F, 25F), la rotation de ce rouet (18) aspirant le fluide par l'avant du rouet, ce fluide sortant à la périphérie extérieure du rouet (18), au niveau du bord de fuite (24F, 25F) des pales, ces pales (24, 25) étant telles que, dans un plan de coupe radial coupant le bord de fuite (24F, 25F) de ces pales, elles sont courbées dans le sens inverse de la rotation du rouet et la partie de bord de fuite de ces pales (24, 25) est redressée dans le sens de la rotation du rouet de sorte qu'elle forme une ailette d'extrémité (26, 27) permettant de dévier l'écoulement du fluide en redressant radialement celui-ci.

Description

Rouet centrifuge de compresseur L'invention concerne un rouet centrifuge de compresseur destiné à
être traversé par un fluide et, notamment, par un gaz. Ce rouet est destiné, en particulier, à équiper un compresseur de turbomachine. Ce rouet peut équiper tout type de turbomachine, terrestre ou aéronautique, et notamment un turbomoteur d'hélicoptère.
Plus particulièrement, l'invention concerne un rouet centrifuge du type présentant un axe de rotation, une partie avant de petite section et une partie arrière de grande section, ce rouet comprenant des pales ayant chacune un bord amont, ou bord d'attaque, et un bord aval, ou bord de fuite. La rotation de ce rouet aspire le fluide par l'avant du rouet, la vitesse axiale du fluide traversant le rouet se transformant progressivement en vitesse radiale, le fluide sortant à la périphérie extérieure du rouet, au niveau du bord de fuite des pales. Lesdites pales sont telles que, dans un plan de coupe radial coupant le bord de fuite de ces pales, elles sont courbées dans le sens inverse de la rotation du rouet.
Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du fluide traversant le rouet.
Par ailleurs, l'axe de rotation du rouet est souvent appelé plus simplement axe du rouet . La direction axiale correspond à la direction de l'axe du rouet, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe du rouet et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Les adverbes axialement et radialement font respectivement référence à la direction axiale et à une direction radiale.
Sauf précision contraire, les adjectifs intérieur et extérieur sont utilisés en référence à une direction radiale, la partie intérieure (i.e.
radialement intérieure) d'un élément étant plus proche de l'axe du rouet que la partie extérieure (i.e. radialement extérieure) du même élément.
Enfin, sauf précision contraire, les adjectifs avant et arrière sont utilisés en référence à la direction axiale, le fluide entrant à l'avant du rouet.

2 Un compresseur de turbomachine aéronautique (par exemple de turbomoteur d'hélicoptère) de type centrifuge ou de type mixte axial-centrifuge comprend un ou plusieurs étage de compression avec un rouet centrifuge du type précité (également appelé rotor ou roue centrifuge), un carter entourant extérieurement les pales de ce rouet, et un ou plusieurs diffuseurs situés en aval de ce rouet. Un tel compresseur est traversé par un fluide qui est un gaz, généralement de l'air.
Dans le rouet, la vitesse absolue du gaz augmente du fait de l'accélération centrifuge et la pression du gaz augmente du fait de la section divergente des canaux délimités entre les pales du rouet. Ainsi, le gaz quitte l'extrémité avale des pales, ou bord de fuite, à très grande vitesse.
Un exemple connu de rouet centrifuge de compresseur est divulgué
dans le brevet US n 3973872.
L'invention a pour but d'améliorer les performances (i.e. taux de pression totale et rendement isentropique) d'un rouet du type précité, à
débit corrigé et à encombrement géométrique donné.
Ce but est atteint grâce à un rouet dans lequel, dans ledit plan de coupe radial coupant le bord de fuite des pales du rouet, la partie de bord de fuite de ces pales (i.e. la partie située au niveau de l'extrémité
extérieure de la partie arrière des pales) est redressée dans le sens de la rotation du rouet de sorte qu'elle forme une ailette d'extrémité permettant de dévier l'écoulement du fluide en redressant radialement cet écoulement.
De manière générale, une telle déviation de l'écoulement du fluide permet d'augmenter le taux de pression totale sans diminuer le rendement isentropique du rouet.
De plus, en contrôlant au mieux cette déviation, il est possible d'augmenter le taux de pression totale sans produire d'échauffement.
Ainsi, l'augmentation du taux de pression totale se traduit également par une augmentation plus ou moins importante du rendement isentropique du rouet.
Au final, grâce aux ailettes d'extrémité, les performances du rouet sont améliorées.

3 Un tel rouet centrifuge de compresseur peut comprendre deux types de pales : des pales dites principales et des pales dites intermédiaires . Les pales intermédiaires, optionnelles, sont intercalées entre les pales principales et se différencient de ces dernières en ce qu'elles sont plus courtes axialement : elles présentent une partie avant plus courte, le bord d'attaque des pales intermédiaires se situant en retrait (i.e. en arrière) par rapport au bord d'attaque des pales principales.
Selon un mode de réalisation, le rouet ne comprend que des pales principales (i.e. pas de pales intermédiaires) et ces pales principales présentent des ailettes d'extrémité du type précité.
Selon un autre mode de réalisation, le rouet comprend des pales principales et des pales intermédiaires. Dans ce cas, soit les pales principales sont les seules à présenter des ailettes d'extrémité du type précité, soit les pales intermédiaires sont les seules à présenter des ailettes d'extrémité du type précité, soit les pales principales et les pales intermédiaires présentent des ailettes d'extrémité du type précité.
Selon un mode de réalisation, dans ledit plan de coupe radial coupant le bord de fuite des pales du rouet, ladite ailette d'extrémité
forme avec la partie de la pale située juste en amont de cette ailette d'extrémité un angle obtus supérieur ou égal à 155 et strictement inférieur à 180 .
Selon un mode de réalisation, lorsque les pales principales du rouet présentent une ailette d'extrémité, cette ailette d'extrémité s'étend à partir du bord de fuite d'une pale principale du rouet sur une longueur qui, mesurée le long du bord extérieur (curviligne) de cette pale principale, représente moins de 15 % de la longueur totale de ce bord extérieur et, en particulier, plus de 2% et moins de 10 % de la longueur totale de ce bord extérieur.
Selon un mode de réalisation, lorsque les pales intermédiaires du rouet présentent une ailette d'extrémité, ladite ailette d'extrémité s'étend à partir du bord de fuite de la pale intermédiaire sur une longueur qui, mesurée le long du bord extérieur de cette pale intermédiaire, représente moins de 15% de la longueur totale de ce bord extérieur et, en particulier, plus de 2% et moins de 10% de la longueur totale de ce bord extérieur.

4 Les plages de valeurs d'angle et de longueur d'ailette précitées permettent, seules ou combinées entre elles, d'améliorer encore les performances du rouet.
L'invention concerne également un compresseur comprenant un rouet centrifuge selon l'invention. Il peut s'agir d'un compresseur de type centrifuge, c'est-â-dire un compresseur ayant au moins un étage de compression équipé d'un rouet centrifuge, soit d'un compresseur de type mixte axial-centrifuge, c'est-à-dire un compresseur ayant au moins un étage de compression équipé d'un rouet axial et au moins un étage de compression équipé d'un rouet centrifuge.
L'invention concerne également une turbomachine et, plus particulièrement, un turbomoteur d'hélicoptère comprenant un compresseur selon l'invention.
L'invention et ses avantages seront encore mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un exemple de réalisation de l'invention donné à titre illustratif et non limitatif. Cette description fait référence aux figures annexées.
La figure 1 représente schématiquement et partiellement, en coupe axiale, un turbomoteur d'hélicoptère avec un compresseur comprenant un rouet centrifuge selon I invention (le rouet centrifuge et les turbines du turbomoteur n'étant pas représentés en coupe mais en vue de côté).
La figure 2 représente schématiquement le rouet centrifuge de la figure 1, isolé du reste du turbomoteur.
La figure 3 représente schématiquement et partiellement, en perspective, la partie arrière de deux pales du rouet centrifuge de la figure 1.
La figure 4 représente schématiquement et partiellement la partie arrière d'une des pales de la figure 3, vue en coupe dans un plan de coupe radial coupant le bord de fuite de cette pale, ce plan de coupe IV-IV
étant repéré sur la figure 2.
L'exemple de turbomoteur 10 d'hélicoptère représenté sur la figure 1 comprend un compresseur 16 de type centrifuge à un seul étage de compression. Ce compresseur 16 comprend un rouet centrifuge 18 selon l'invention et un carter 15 entourant extérieurement les pales 24, 25 du rouet 18. Un diffuseur 19 est situé en aval du rouet 18.

Le turbomoteur 10 présente une entrée d'air 12, l'air passant par cette entrée 12 pour atteindre le compresseur 16. La rotation du rouet 18 autour de son axe de rotation A, aspire l'air par l'avant du rouet et la vitesse axiale du fluide qui traverse le rouet 18 se transforme

5 progressivement en vitesse radiale, le fluide sortant à la périphérie extérieure du rouet 18. L'air pénètre dans le rouet 18 suivant une direction plutôt parallèle à l'axe A de rotation du rouet, représentée sur la coupe de la figure 1 par les flèches F1, et sort du rouet 18 suivant une direction plutôt perpendiculaire à l'axe A, représentée par les flèches F2.
L'air sortant du rouet 18 traverse le diffuseur 19 avant d'atteindre la chambre de combustion 20. Les gaz de combustion sortant de la chambre entrainent une turbine haute pression 22 et une turbine basse pression 23.
Le rouet 18 est monté sur un arbre 21 qui est entraîné en rotation 15 par la turbine haute pression 22.
En référence à la figure 2, le rouet 18 présente une partie avant de petite section et une partie arrière de grande section. Le rouet 18 comporte une pluralité de pales principales 24 s'étendant, axialement, depuis la face avant 18A du rouet jusqu'à un flasque radial 17 situé à
20 l'arrière du rouet 18 et, radialement, depuis le moyeu du rouet jusqu'à la périphérie extérieure du rouet. Chacune des pales principales 24 présente un bord d'attaque 24A situé à l'extrémité avant du rouet 18 et un bord de fuite 24F situé à la périphérie extérieure du rouet 18, juste en avant du flasque radial 17.
Le rouet 18 comporte en outre des pales intermédiaires 25, intercalées entre les pales principales 24 et qui se différencient de ces dernières en ce qu'elles sont plus courtes axialement : le bord d'attaque 25A de ces pales 25 se situe en retrait (i.e. en arrière) par rapport au bord d'attaque 24A des pales principales 24. En revanche, le bord de fuite 25F
des pales intermédiaires 25 se situe à la même distance radiale de l'axe A
que le bord de fuite 24F des pales 24.
La figure 3 représente en détail, en perspective, la partie arrière d'une paie principale 24 et d'une pale intermédiaire 25 du rouet 18.
Dans un plan de coupe radial (i.e. perpendiculaire à l'axe A) coupant le bord de fuite 24F, 25F des pales 24, 25, du rouet 18, comme le plan IV-IV de la figure 2, les pales 24, 25, sont courbées dans le sens

6 inverse de la rotation du rouet, le sens de rotation du rouet 18 étant symbolisé par la flèche R sur les figures 3 et 4.
Dans ce même plan de coupe radial, la partie de bord de fuite desdites pales 24, 25, est redressée dans le sens de la rotation du rouet de sorte qu'elle forme une ailette d'extrémité 26, 27, permettant de dévier l'écoulement de l'air en redressant radialement celui-ci.
Dans ce plan de coupe radial, l'ailette d'extrémité 26, 27, forme avec la partie de la pale 24, 25, située juste en amont de cette ailette 26, 27, un angle obtus T supérieur ou égal à 155 et strictement inférieur à
180 . Cet angle T est repéré sur la figure 4 qui est une vue en coupe de la paie principale 24 dans le plan de coupe radial IV-IV de la figure 2.
Dans l'exemple représenté, les pales principales 24 et les pales intermédiaires 25 présentent des ailettes d'extrémité 26, 27. Dans d'autres exemples de réalisation, non représentés, seules les pales principales 25 ou seules les pales intermédiaires 25 présentent de telles ailettes d'extrémité.
Selon un exemple de réalisation, lorsque les ailettes d'extrémité 26 sont présentes sur les pales principales 24, la longueur (en abscisse curviligne) de chaque ailette d'extrémité 26 mesurée le long du bord extérieur curviligne 24E de ladite pale 24 ne représente pas plus de 15 %
de la longueur totale de ce bord extérieur 24E. Par exemple, la longueur de l'ailette d'extrémité représente au moins 2% et pas plus de 10 % de la longueur totale du bord extérieur 24E.
Selon un exemple de réalisation, lorsque les ailettes d'extrémité 27 sont présentes sur les pales intermédiaires 25, la longueur (en abscisse curviligne) de chaque ailette d'extrémité 27 mesurée le long du bord extérieur curviligne 25E de ladite pale 25 ne représente pas plus de 15%
de la longueur totale de ce bord extérieur 25E. En particulier, la longueur de l'ailette d'extrémité représente au moins 2% et pas plus de 10% de la longueur totale du bord extérieur 25E.

Claims

1. Rouet centrifuge de compresseur destiné à être traversé par un fluide, ce rouet (18) présentant un axe de rotation (A), une partie avant de petite section et une partie arriére de grande section, ce rouet (18) comprenant des pales (24, 25) ayant chacune un bord d'attaque (24A, 25A) et un bord de fuite (24F, 25F), la rotation de ce rouet (18) aspirant le fluide par l'avant du rouet, la vitesse axiale du fluide traversant le rouet se transformant progressivement en vitesse radiale, ce fluide sortant à la périphérie extérieure du rouet (18), au niveau du bord de fuite (24F, 25F) des pales, ces pales (24, 25) étant telles que, dans un plan de coupe radial coupant le bord de fuite (24F, 25F) de ces pales, elles sont courbées dans le sens inverse de la rotation du rouet, ce rouet (18) étant caractérisé en ce que, dans ledit plan de coupe radial, la partie de bord de fuite desdites pales (24, 25) est redressée dans le sens de la rotation du rouet de sorte qu'elle forme une ailette d'extrémité (26, 27) permettant de dévier l'écoulement du fluide en redressant radialement celui-ci, et en ce que ladite ailette d'extrémité (26, 27) s'étend à partir du bord de fuite (24F, 25F) de la pale sur une longueur qui, mesurée le long du bord extérieur (24E, 25E) de cette pale (24, 25), représente moins de 15% de la longueur totale de ce bord extérieur (24E, 25E).

2. Rouet centrifuge de compresseur selon la revendication 1, dans lequel, dans ledit plan de coupe radial, ladite ailette d'extrémité (26, 27) forme avec la partie de la pale située juste en amont de cette ailette d'extrémité un angle (T) obtus supérieur ou égal à 155 et strictement inférieur à 1800.

3. Rouet centrifuge de compresseur selon la revendication 1 ou 2, comprenant des pales principales (24) et, éventuellement, des pales intermédiaires (25) situées entre les pales principales et plus courtes axialement que les pales principales, dans lequel lesdites pales principales (24) et/ou lesdites pales intermédiaires (25) présentent lesdites ailettes d'extrémité (26, 27).

4. Rouet centrifuge de compresseur selon la revendication 3, dans lequel les pales principales (24) présentent lesdites ailettes d'extrémité (26).

5. Rouet centrifuge de compresseur selon la revendication 4, dans lequel ladite ailette d'extrémité (26) s'étend à partir du bord de fuite (24F) d'une pale principale (24) sur une longueur qui, mesurée le long du bord extérieur (24E) de cette pale principale (24), représentant plus de 2% et moins de 10 % de la longueur totale de ce bord extérieur (24E).

6. Rouet centrifuge de compresseur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel les pales intermédiaires (25) présentent lesdites ailettes d'extrémité (27).

7. Rouet centrifuge de compresseur selon la revendication 6, dans lequel, le long du bord extérieur (25E) d'une pale intermédiaire (25), ladite ailette d'extrémité (27) s'étend à partir du bord de fuite (25F) de la pale intermédiaire (25) sur une longueur qui, mesurée le long du bord extérieur (25E) de cette pale intermédiaire, représente plus de 2% et moins de 10% de la longueur totale de ce bord extérieur (25E).

8. Compresseur comprenant un rouet centrifuge (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

9. Turbomachine comprenant un compresseur selon la revendication 8.