EP1111246B1 - Partie de virole rigidifiée - Google Patents

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EP1111246B1
EP1111246B1 EP19990870274 EP99870274A EP1111246B1 EP 1111246 B1 EP1111246 B1 EP 1111246B1 EP 19990870274 EP19990870274 EP 19990870274 EP 99870274 A EP99870274 A EP 99870274A EP 1111246 B1 EP1111246 B1 EP 1111246B1
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ferrule
barrel
rectifier
guide vane
stage
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Techspace Aero SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • F01D9/044—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators permanently, e.g. by welding, brazing, casting or the like

Definitions

  • the present invention relates to a part of the shell provided with a device which allows the stiffen.
  • This ferrule can be the inner ferrule or the outer shell of a compressor, preferably a coaxial compressor.
  • Coaxial compressors are well known in itself, and are used in several types of application. In particular, they are used in double motors body, turbofans or turbojets. We also note their presence in power plants. These compressors low or high pressure basically consist of several stages of rotating blades separated by stages rectifiers which aim to reposition the vector speed of the fluid leaving the previous stage before send it to the next compartment. Such a compressor is for example known from patent application EP 0 277 884 A.
  • rectifier stages are made up essentially fixed vanes connecting an outer shell to an inner shell, both concentric.
  • the problem is that these rectifier stages are subject to relatively significant efforts due inter alia to vibrations which quickly cause wear and tear tired.
  • the present invention aims to provide a new solution that would stiffen the floor rectifier, and in particular the first floor of the compressor, which does not require the use of a surplus material and which therefore reduces the cost Manufacturing.
  • the present invention relates to a ferrule made of a sheet adhering to a part elastomer, characterized in that said elastomer part includes one or more independent metallic elements of the sheet metal of the shell which are at least partially embedded in said elastomeric part. These elements metallic stiffen said ferrule and are therefore called “stiffeners”.
  • the present invention also relates to a rectifier stage comprising two ferrules, a ferrule inner and outer ferrule, at least one of these ferrules being a ferrule according to the invention. These ferrules are connected to each other by a series of fixed vanes.
  • said ferrule is the inner ferrule which comprises at minus a metallic element, possibly totally submerged in said elastomeric part.
  • said ferrule is the outer ferrule which comprises at at least one metallic element partially embedded in said elastomeric part.
  • the present invention relates to the use of this rectifier stage as the first stage rectifier in a coaxial compressor, present for example in a turbofan.
  • Figure 1 shows a general view of the compression stage of a turbofan.
  • Figure 2 shows a detail of the figure 1 showing the stiffening device of the rectifiers at the inner shell.
  • FIG. 3 represents a device for stiffening of an inner ferrule of a rectifier according to a first preferred form of the invention.
  • FIG. 4 represents a device for stiffening of the outer shell of a rectifier according to another preferred form of the invention.
  • Figure 1 shows the compression stage of a turbofan.
  • This compression stage is composed of two types of parts: on the one hand, the moving parts which are essentially constituted by the rotor 1 provided with blades mobile 3, on the other hand the fixed parts constituting the rectifier stages 2 which are essentially constituted by an inner ferrule 4, an outer ferrule 5 and a series of fixed vanes 6 connecting said ferrules 4 and 5.
  • the outer shell 5 is common to several successive rectifier stages, while that the inner ferrules 4 and 4 'are specific to each rectifier stage 2, 2 ', ...
  • these interior ferrules 4 are in the form of shaped metal sheets rings, while the fixed blades 6 correspond to simple metal sheets radially connecting a ferrule inner 4 to an outer shroud 5.
  • a room elastomer 7 is present so as to secure the blade fixed 6 to the inner shell 4.
  • This elastomer part 7 also acts as a joint between two floors successive.
  • the gas first passes through the first stage rectifier 2 of the compressor where its speed vector is repositioned to be driven by the first floor rotating blades 3 before reaching the second stage rectifier 2 'to be repositioned again.
  • the gas thus undergoes a training cycle - repositioning at after which its kinetic energy decreases gradually as its pressure increases.
  • stairs 8 are machined in the sheet of the inner shell 4 to stiffen said ferrule, and in particular the first stage rectifier 2.
  • the alternative proposed by this invention consists in stiffening a ferrule by proposing to use a simple sheet for this one (therefore without bandage or stairs).
  • FIG 3 shows the principle of stiffening of an inner shell according to a first embodiment of the present invention.
  • an elastomer part 7 acting as a seal and support at fixed dawn 6 is conventionally arranged on said inner ferrule 4.
  • elastomer 7 acting as a seal and support at fixed dawn 6 is conventionally arranged on said inner ferrule 4.
  • metallic element 10 which thus indirectly stiffen said ferrule interior 4 and therefore the entire rectifier stage 2 in its together. Therefore, this metallic element is called more commonly stiffener.
  • this metal element 10 is independent of the sheet of the inner shell 4.
  • the elastomer part 7 which allows conventionally securing a fixed vane 6 of the rectifier to said inner ferrule 4 without direct contact is maintained. This avoids potential faults in the air flow from a weld or rivet.
  • the first important advantage of the device according to the invention resides in the machining of the ferrule itself, which is therefore particularly simplified. Indeed, it is no longer necessary to offer bandages or stairs. Because of this, the device is less expensive and safer than the solutions proposed according to the state of the art.
  • Another advantage of such a device is that it minimizes controls, in particular by compared to a solution requiring soldering.
  • Such a device using an element stiffener according to the present invention offers a large choice in the material that can be used.
  • the metal element 10 is completely embedded in the elastomer part 7 present under the sheet of the ferrule interior 4, but it may be only partially embedded in the elastomeric part.
  • FIG. 4 represents a device for stiffening of the outer shell 5 of a stage rectifier according to a second preferred embodiment according to the invention.
  • a piece in elastomer 17 playing the role of joint allows to join the fixed blade 6 at the outer shell 5 of the stage rectifier 2.
  • this elastomer part 17 is partially embedded at least one metallic element 12 which allows to indirectly stiffen this outer shell 5 and therefore the rectifier stage as a whole.
  • the element metallic 12 is independent of the sheet of the ferrule exterior 5.
  • the element metallic 12 is partially embedded in the room elastomer 17 under the sheet of the outer shell 5, but he could also be totally drowned.

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Description

Objet de l'invention
La présente invention se rapporte à une partie de virole munie d'un dispositif qui permet de la rigidifier. Cette virole peut être la virole intérieure ou la virole extérieure d'un compresseur, de préférence d'un compresseur coaxial.
Etat de la technique
Les compresseurs coaxiaux sont bien connus en soi, et sont utilisés dans plusieurs types d'application. En particulier, ils sont utilisés dans les moteurs double corps, turbofans ou turboréacteurs. On note aussi leur présence dans les centrales électriques. Ces compresseurs basse ou haute pression sont essentiellement constitués de plusieurs étages d'aubes tournantes séparés par des étages redresseurs qui ont pour but de repositionner le vecteur vitesse du fluide sortant de l'étage précédent avant de l'envoyer vers le compartiment suivant. Un tel compresseur est par example connu de la demande brevet EP 0 277 884 A.
Ces étages redresseurs sont constitués essentiellement d'aubes fixes reliant une virole extérieure à une virole intérieure, toutes deux concentriques. Le problème est que ces étages redresseurs sont soumis à des efforts relativement importants dûs entre autres aux vibrations qui provoquent rapidement une usure par fatigue.
Afin de résoudre ce problème de fatigue, il a été proposé de rigidifier ces dispositifs. Pour cela, plusieurs solutions ont été envisagées. En particulier l'utilisation de raidisseurs en forme de bandage usinés sur la virole intérieure ou sur la virole extérieure et du côté non fonctionnel du capot a été proposée. On a également proposé d'usiner des escaliers dans la tôle des viroles intérieure ou extérieure. Ces bandages ou escaliers peuvent également être constitués d'une pièce rapportée par soudage ou par rivetage.
En outre, afin d'augmenter l'étanchéité d'un étage à l'autre, il est habituel de disposer sous la tôle de la virole intérieure du redresseur un élément élastomère qui scelle l'aube fixe sur la virole intérieure et qui servira également de joint entre les éléments tournants et fixes. Ceci permet d'éviter un retour des gaz vers l'étage précédent, qui pourrait entraíner un décrochage moteur dans le cas d'un turbofan.
Néanmoins, les diverses solutions proposées selon l'état de la technique sont des solutions relativement coûteuses étant donné que la matière nécessaire pour usiner la tôle est relativement importante. De plus, dans certains cas de figure comme dans le cas de la pose de bandages, il est nécessaire de souder ou de disposer des rivets pour permettre une solidarisation des différentes pièces entre elles. Ces pièces peuvent bien entendu être soumises aux perturbations dûes aux flux de fluide traversant les redresseurs.
Buts de l'invention
La présente invention vise à proposer une nouvelle solution qui permettrait de rigidifier l'étage redresseur, et en particulier le premier étage du compresseur, qui ne nécessite pas l'utilisation d'un surplus de matière et qui par conséquent en réduit le coût de fabrication.
En outre, l'utilisation de soudures et de rivets devrait être également proscrite.
Principaux éléments caractéristiques de l'invention
La présente invention se rapporte à une virole constituée d'une tôle adhérant à une pièce élastomère, caractérisée en ce que ladite pièce élastomère comprend un ou plusieurs éléments métalliques indépendants de la tôle de la virole qui sont au moins partiellement noyés dans ladite pièce élastomère. Ces éléments métalliques permettent de rigidifier ladite virole et sont appelées de ce fait "raidisseurs".
La présente invention se rapporte également à un étage redresseur comprenant deux viroles, une virole intérieure et une virole extérieure, l'une au moins de ces viroles étant une virole selon l'invention. Ces viroles sont reliées l'une à l'autre par une série d'aubes fixes.
Dans une première forme d'exécution préférée, ladite virole est la virole intérieure qui comprend au moins un élément métallique éventuellement totalement noyé dans ladite pièce élastomère.
Dans une deuxième forme d'exécution préférée, ladite virole est la virole extérieure qui comprend au moins un élément métallique partiellement noyé dans ladite pièce élastomère.
Il est également possible d'avoir un étage redresseur dont les deux viroles sont des viroles selon l'invention.
Enfin, la présente invention se rapporte à l'utilisation de cet étage redresseur comme premier étage redresseur dans un compresseur coaxial, présent par exemple dans un turbofan.
Brève description des dessins
La figure 1 représente une vue générale de l'étage de compression d'un turbofan.
La figure 2 représente un détail de la figure 1 montrant le dispositif de rigidification des redresseurs au niveau de la virole intérieure.
La figure 3 représente un dispositif de rigidification d'une virole intérieure d'un redresseur selon une première forme préférée de l'invention.
La figure 4 représente un dispositif de rigidification de la virole extérieure d'un redresseur selon une autre forme préférée de l'invention.
Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention
La figure 1 représente l'étage de compression d'un turbofan. Cet étage de compression est composé de deux types de pièces : d'une part, les pièces mobiles qui sont essentiellement constituées par le rotor 1 muni d'aubes mobiles 3, d'autre part les pièces fixes constituant les étages redresseurs 2 qui sont essentiellement constitués par une virole intérieure 4, une virole extérieure 5 et une série d'aubes fixes 6 reliant lesdites viroles 4 et 5.
De préférence, la virole extérieure 5 est commune à plusieurs étages redresseurs successifs, tandis que les viroles intérieures 4 et 4' sont propres à chaque étage redresseur 2, 2',...
Plus précisément, ces viroles intérieures 4 se présentent sous la forme de tôles métalliques en forme de bagues, tandis que les aubes fixes 6 correspondent à des tôles métalliques simples reliant radialement une virole intérieure 4 à une virole extérieure 5.
En outre, habituellement, une pièce élastomère 7 est présente de manière à solidariser l'aube fixe 6 à la virole intérieure 4. Cette pièce élastomère 7 joue en outre le rôle de joint entre deux étages successifs.
L'intervalle entre deux étages redresseurs 2 et 2' successifs, au niveau des viroles, est occupé par une aube tournante 3, les différentes aubes tournantes 3 étant solidaires d'un même rotor 1.
Le gaz traverse d'abord le premier étage redresseur 2 du compresseur où son vecteur vitesse est repositionné afin d'être entraíné par le premier étage d'aubes tournantes 3 avant de rejoindre le deuxième étage redresseur 2' pour être à nouveau repositionné. Le gaz subit ainsi un cycle d'entraínement - repositionnement à l'issue duquel son énergie cinétique diminue progressivement tandis que sa pression croít.
Selon l'état de la technique et comme représenté aux figures 1 et 2, des escaliers 8 sont usinés dans la tôle de la virole intérieure 4 pour rigidifier ladite virole, et en particulier le premier étage redresseur 2.
L'alternative proposée par la présente invention consiste à rigidifier une virole en proposant d'utiliser une simple tôle pour celle-ci (donc sans bandage ou escalier).
La figure 3 représente le principe de rigidification d'une virole intérieure selon une première forme d'excécution de la présente invention. Dans ce cas, une pièce élastomère 7 jouant le rôle de joint et de support à l'aube fixe 6 est disposée classiquement sur ladite virole intérieure 4. A l'intérieur de cette pièce élastomère 7 est noyé au moins un élément métallique 10 qui permet de rigidifier ainsi indirectement ladite virole intérieure 4 et donc tout l'étage redresseur 2 dans son ensemble. De ce fait, cet élément métallique est appelé plus communément raidisseur.
Comparativement à l'état de la technique, cet élément métallique 10 est indépendant de la tôle de la virole intérieure 4.
La pièce élastomère 7 qui permet de solidariser classiquement une aube fixe 6 du redresseur à ladite virole intérieure 4 sans contact direct est maintenue. On évite ainsi les défauts potentiels dans la veine d'air provenant d'une soudure ou d'un rivet.
Le premier avantage important du dispositif selon l'invention réside dans l'usinage de la virole elle-même, qui est de ce fait particulièrement simplifié. En effet, il n'est plus nécessaire de proposer des bandages ou des escaliers. De ce fait, le dispositif est moins coûteux et plus sûr que les solutions proposées selon l'état de la technique.
Un avantage supplémentaire d'un tel dispositif est qu'il est facile à mettre en oeuvre.
Un autre avantage d'un tel dispositif est qu'il permet de minimiser les contrôles, en particulier par rapport à une solution nécessitant des soudures.
Un tel dispositif utilisant un élément raidisseur selon la présente invention offre un grand choix dans le matériau que l'on peut utiliser.
Enfin, dans la mesure où l'élément métallique permettant de rigidifier le système est noyé dans l'élastomère, on minimise les problèmes de corrosion et de compatibilité avec l'environnement.
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 3, l'élément métallique 10 est totalement noyé dans la pièce élastomère 7 présente sous la tôle de la virole intérieure 4, mais il pourrait n'être que partiellement noyé dans la pièce élastomère.
La figure 4 représente un dispositif de rigidification de la virole extérieure 5 d'un étage redresseur selon une seconde forme préférée d'exécution selon l'invention. Dans ce dispositif, une pièce en élastomère 17 jouant le rôle de joint permet de solidariser l'aube fixe 6 à la virole extérieure 5 de l'étage redresseur 2. Dans cette pièce en élastomère 17 est partiellement noyé au moins un élément métallique 12 qui permet de rigidifier indirectement cette virole extérieure 5 et donc l'étage redresseur dans son ensemble. Comparativement à l'état de la technique, l'élément métallique 12 est indépendant de la tôle de la virole extérieure 5.
Dans cette forme d'exécution, l'élément métallique 12 est partiellement noyé dans la pièce élastomère 17 sous la tôle de la virole extérieure 5, mais il pourrait être aussi totalement noyé.
Le nombre d'éléments métalliques 10 ou 12 à utiliser est laissé à l'appréciation de l'homme de l'art en fonction du résultat souhaité.

Claims (6)

  1. Virole (4,5) constituée d'une tôle à laquelle adhère une pièce élastomère (7,17), caractérisée en ce que ladite pièce élastomère (7,17) comprend un ou plusieurs éléments métalliques (10,12) indépendants de la tôle de la virole (4,5) et au moins partiellement noyés dans ladite pièce élastomère (7,17) et qui permettent de rigidifier ladite virole.
  2. Etage redresseur (2) comprenant deux viroles, une virole intérieure (4) et une virole extérieure (5) reliées par une aube fixe (6), caractérisé en ce qu'au moins l'une de ces viroles est une virole selon la revendication 1.
  3. Etage redresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite virole est la virole intérieure (4).
  4. Etage redresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite virole est la virole extérieure (5).
  5. Etage redresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux viroles sont des viroles selon la revendication 1.
  6. Utilisation de l'étage redresseur selon l'une des revendications 2 à 5 comme un étage redresseur dans un compresseur coaxial, de préférence présent dans un turbofan.
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