EP2795068A1 - Redresseur de compresseur pour turbomachine - Google Patents

Redresseur de compresseur pour turbomachine

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EP2795068A1
EP2795068A1 EP12816729.3A EP12816729A EP2795068A1 EP 2795068 A1 EP2795068 A1 EP 2795068A1 EP 12816729 A EP12816729 A EP 12816729A EP 2795068 A1 EP2795068 A1 EP 2795068A1
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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  • Figure 4 is a perspective view of another embodiment of the rectifier according to the invention.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Le redresseur sectorisé de compresseur pour turbomachine comporte des secteurs assemblés formant deux viroles concentriques externe et interne, entre lesquelles sont agencées des pales, avec leurs bords d'attaque et de fuite proches des faces transversales des viroles, et dont la virole externe est pourvue extérieurement d'un moyen d'attache avec un carter externe de réception desdits secteurs. Avantageusement, ledit moyen d'attache est décalé axialement par rapport à la face transversale arrière de la virole pour être situé, en projection, à l'aplomb des pales entre les bords d'attaque et de fuite de celles-ci.

Description

Redresseur de compresseur pour turbomachine
La présente invention concerne les redresseurs des compresseurs notamment haute pression, destinés à des turbomachines, tels les turboréacteurs des aéronefs.
Généralement, les compresseurs pour turboréacteur comprennent une pluralité d'étages successifs alignés selon l'axe longitudinal du moteur et composés alternativement d'étages mobiles, formant le rotor du compresseur et dont les aubages accélèrent le flux gazeux en le déviant par rapport audit axe, et d'étages fixes, formant le stator et dont les aubages transforment partiellement la vitesse du flux en pression et redressent celui-ci en direction de l'étage mobile suivant. Le ou les derniers étages du stator du compresseur haute pression sont des redresseurs sectorisés qui forment principalement, après assemblage successif des secteurs les uns à la suite des autres dans un carter extérieur de réception, deux viroles concentriques respectivement externe et interne, entre lesquelles sont agencées les pales de l'aubage traversé par le flux gazeux alors primaire dans un turbomoteur double flux. La virole externe est pourvue d'un moyen d'attache tel que des rebords périphériques d'accrochage (de forme coudée) avant et arrière selon le sens du flux, pour la liaison avec le carter extérieur du stator du compresseur, tandis que la virole interne porte extérieurement des dispositifs abradables en liaison avec des dispositifs d'étanchéité du rotor concerné.
Dans un turboréacteur, les redresseurs sont des pièces travaillant à la fois en statique (efforts aérodynamiques et efforts mécaniques passant par le carter extérieur) et en dynamique (par exemple, phénomènes vibratoires importants lors de certaines phases transitoires de fonctionnement du moteur), de sorte qu'ils sont préalablement dimensionnés à partir d'une courbe dite de Haig qui permet de déterminer leur résistance mécanique et leur tenue en fatigue. Ainsi, à partir de cette courbe, on détermine pour une contrainte statique donnée en un point de la pièce en question, la contrainte dynamique maximum admissible en ce point. On sait, par ailleurs par expérience, qu'il est nécessaire d'avoir une contrainte dynamique maximum la plus grande possible afin de pouvoir accepter de plus grandes réponses vibratoires sur moteur.
Dans le cas des redresseurs fixes usuels, il se trouve que la zone de contrainte statique maximum et la zone de contrainte dynamique sont localisées au même endroit du redresseur, à savoir à l'arrière de la virole externe cylindrique formée par les secteurs assemblés. Ainsi, la contrainte dynamique admissible est fortement réduite du fait que la contrainte statique maximun se trouve au même endroit, ce qui limite les possibilités de fonctionnement du redresseur et la tenue en fatigue de celui-ci, notamment à des régimes vibratoires soutenus. Une solution pour optimiser la contrainte dynamique est enseignée par le brevet FR 2 945 331 du demandeur, laquelle solution consiste à prévoir un perçage en forme de fer à cheval dans la paroi cylindrique de la virole supérieure, entre le rebord arrière et le bord de fuite d'au moins certaines des pales soudées à la paroi, de manière à « assouplir » localement la virole. Cela permet de réduire considérablement les contraintes statiques dans le rayon de raccordement du rebord arrière coudé pour accroître alors la contrainte dynamique maximum et repousser la limite de fatigue du redresseur en dynamique.
Si une telle solution est validée lorsqu'un espace suffisant existe entre le bord de fuite des pales et le rebord périphérique arrière de la virole externe pour y pratiquer le perçage, en revanche, lorsque cet espace est insuffisant, elle ne peut être pratiquée puisque cela obligerait à effectuer le perçage également à travers le rebord arrière pour traverser la paroi de la virole. Une telle solution conduirait à trop fragiliser le redresseur et s'avérerait par conséquent inadaptée à ce type de redresseurs.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. A cet effet, le redresseur sectorisé de compresseur pour turbomachine est du type comportant des secteurs assemblés formant deux viroles concentriques externe et interne, entre lesquelles sont agencées des pales avec leurs bords d'attaque et de fuite proches respectivement des faces transversales avant et arrière des viroles selon le flux gazeux circulant dans le compresseur, et dont la virole externe est pourvue extérieurement d'un moyen d'attache avec un carter externe de réception desdits secteurs. Selon l'invention, un tel redresseur est remarquable par le fait que ledit moyen d'attache comprend les caractéristiques selon la revendication 1 .
Ainsi, par le décalage axial du moyen d'attache au droit des pales, la contrainte statique, à savoir les efforts aérodynamiques et les efforts du carter, n'est plus concentrée et située en partie arrière ou aval de la virole externe, mais au niveau des pales, et se trouve de ce fait dissociée de la contrainte dynamique toujours localisée au niveau de la partie arrière de la virole externe du redresseur. En dissociant ces contraintes qui ne se superposent plus, par le décalage du moyen d'attache de la virole par rapport au carter, la partie arrière de la virole externe est moins sollicitée puisqu'elle est ainsi libérée de la contrainte statique, et n'est plus soumise qu'à la contrainte dynamique. Par conséquent, cette partie arrière peut travailler avec une contrainte dynamique maximum admissible, augmentée et, donc, à des régimes vibratoires supérieures sans risque de dégradation de celle-ci. De la sorte, la capacité vibratoire du redresseur, c'est-à- dire sa capacité à résister à une excitation aérodynamique donnée, est améliorée.
Ledit moyen d'attache au carter externe comprend, par rapport au sens du flux traversant les pales, un rebord périphérique avant situé au niveau de la face transversale amont de la virole externe desdits secteurs, et un rebord périphérique arrière décalé de la face transversale aval de la virole externe et situé, en projection, entre les bords d'attaque et de fuite des pales. Avantageusement, ledit rebord périphérique arrière décalé est situé, en projection, sensiblement au milieu des pales, entre leurs bords d'attaque et de fuite. Ainsi, la contrainte statique est non seulement décalée de l'arrière de la virole mais est également diminuée puisque le volume de matière, dans lequel transitent les efforts engendrant la contrainte statique entre le rebord arrière, la virole et les pales, est plus important, l'épaisseur des pales étant à ce niveau la plus large.
Dans un autre exemple de réalisation, ledit moyen d'attache au carter externe comprend une bride annulaire prévue en périphérie de la virole externe, et située en projection entre les bords d'attaque et de fuite des pales. Les résultats au niveau de la dissociation des contraintes sont semblables à la réalisation précédente, l'arrière de la virole externe n'étant plus soumis à la contrainte statique.
De préférence, ladite bride d'attache est située, en projection, au milieu des bords d'attaque et de fuite des pales, entraînant le même avantage que précédemment en terme de diminution de la contrainte statique par l'augmentation du volume de matière.
En particulier, ledit rebord périphérique arrière ou ladite bride peut s'étendre de façon continue ou discontinue sur l'ensemble des secteurs.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 représente, en coupe longitudinale schématique, une partie d'un compresseur haute pression d'une turbomachine, avec un étage de stator à redresseur fixe conforme à l'invention suivi d'un étage de rotor. La figure 2 est une vue en perspective partielle du redresseur de la figure 1 , avec le rebord d'accrochage arrière décalé axialement.
La figure 3 est une de dessus du redresseur de la figure 2.
La figure 4 est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation du redresseur conformément à l'invention.
La partie de compresseur 1 illustrée sur la figure 1 est celle d'un compresseur haute pression d'un turbomoteur d'axe A pour aéronef, et elle montre un étage de stator 2 formant le redresseur fixe 3, en aval duquel se trouve un étage de rotor 4 de ce compresseur. De façon usuelle, le redresseur statorique 3 est sectorisé, c'est-à-dire composé de plusieurs secteurs 5 successivement montés les uns à la suite des autres dans un carter externe annulaire 6 de réception et de maintien en position de ces secteurs par un moyen d'attache ou d'accrochage 7 pour former ainsi le redresseur dans son ensemble.
Un seul secteur 5 est illustré sur les figures et référence sera faite, dans la description qui suit, à celui-ci en ayant à l'esprit qu'elle s'applique à la totalité des secteurs, en l'occurrence au redresseur 3 proprement dit dans sa totalité. Chaque secteur 5 du redresseur comporte une virole externe 8 à paroi cylindrique 9 et une virole interne 10 également à paroi cylindrique 1 1 , qui sont concentriques par rapport à l'axe A et entre lesquelles sont prévues des pales 12 traversées par l'écoulement du flux d'air primaire F issu, en amont, de la soufflante et se dirigeant en aval vers la chambre de combustion. Par souci de représentation, la distance séparant l'axe A de la virole interne 10 du redresseur a été diminuée. A propos de la virole interne, on voit sur la figure 1 que l'extérieur de celle-ci est recouvert de façon connue d'un revêtement abradable 25 contre lequel s'applique un joint d'étanchéité à plusieurs lèvres 26 prévu sur l'étage de rotor 4. Les têtes 13 et les pieds 14 des pales 1 1 sont fixés, par exemple par brasure, respectivement aux parois 9 et 1 1 de la virole externe 8 et de la virole interne 10. Les pales 12 s'étendent sur la presque totalité de la largeur des viroles selon l'axe A, de sorte que le bord d'attaque 15 et le bord de fuite 16 des pales selon le flux F se situent proches des faces transversales 17 et 18 d'extrémité, respectivement avant et arrière (ou amont ou aval), des parois 9, 1 1 des viroles cylindriques.
Sur la périphérie extérieure de la paroi latérale 9 de la virole externe 8 est par ailleurs prévu le moyen d'attache 7 avec le carter externe 6 et ce moyen comporte, dans cet exemple, un montage par glissière-coulisseau. Pour cela, le moyen d'attache 7 est défini, dans ce premier exemple de réalisation du redresseur, par deux rebords coudés d'accrochage respectivement avant ou amont 19 et arrière ou aval 20 selon le sens du flux F, formant coulisseau, et qui s'engagent, comme le montre schématiquement la figure 1 , dans des fentes de réception et de maintien 21 , formant glissière, du carter externe 6 qui entoure les secteurs 5 du redresseur 1 .
On voit sur les figures 1 à 3, que le rebord d'accrochage avant 19 est situé sensiblement à l'aplomb de la face transversale avant 17 de la virole externe 8, tandis que le rebord d'accrochage arrière 20 se trouve quant à lui, conformément à l'invention, à distance de la face transversale arrière 18 de la virole, sensiblement au milieu de la paroi latérale cylindrique 9 et, donc, à l'aplomb des pales 12. Dimensionnellement, ce rebord arrière 20 est agencé pour être situé, en projection, en milieu des pales 12, là où ces dernières sont plus épaisses, comme le montre la figure 3.
Par ce décalage axial vers le rebord avant 19 du rebord arrière 20 (initialement situé au niveau de la face arrière 20 de la virole externe, soit près du bord de fuite 16 des pales, comme le montre sa représentation en trait pointillé, référence 20' sur la figure 2) sensiblement jusqu'au milieu de la paroi latérale 9 de la virole externe, l'ensemble des efforts aérodynamiques (flux F traversant le redresseur) et des efforts mécaniques transmis par le carter externe 6 passeront dans les secteurs 5 par le rayon de raccordement défini par le rebord coudé arrière 20, et les têtes 13 des pales, en leur milieu, et seront donc repris par un volume de matière plus important. Par conséquent, la contrainte statique maximum issue de ces efforts sur le stator sera plus faible.
Dès lors, comme la partie ou extrémité arrière 22 de la paroi latérale 9 de la virole externe 8 (partie 22 se terminant par la face transversale arrière 18) n'est plus soumise à cette contrainte statique maximum, elle peut reprendre une contrainte dynamique maximale admissible supérieure, puisque cette dernière reste toujours localisée dans cette partie arrière 22. En conséquence, par la séparation des contraintes et le décalage de la contrainte statique maximum vis- à-vis de la contrainte dynamique maximum, la capacité vibratoire du redresseur 3 et donc de l'étage de stator 2, est améliorée, c'est-à-dire sa capacité à résister à une excitation aérodynamique donnée.
Une autre réalisation du redresseur sectorisé 3 selon l'invention est montrée en regard de la figure 4. Dans cette vue en perspective d'un secteur 5 du redresseur, on retrouve les viroles concentriques respectivement externe 8 et interne 10 entre lesquelles sont disposées les pales 12. Sur l'extérieur de la virole externe 8 est prévu le moyen d'attache 7 au carter externe non illustré sur cette figure. Ce moyen d'attache 7, contrairement à la précédente réalisation, comporte une unique bride annulaire 23 faisant radialement saillie de la paroi latérale 9 de la virole cylindrique 8 et qui est régulièrement pourvue, en périphérie, de trous de fixation 24 au carter de réception pour la passage de boulons ou analogues.
Avantageusement, la bride 23 est disposée entre les faces transversales amont 17 et aval 18 de la paroi de la virole et, en particulier, entre les bords d'attaque 15 et de fuite 16 des pales en étant, en projection, sensiblement située au niveau de leur épaisseur la plus large. Une telle réalisation à bride centrale 23 procure des résultats semblables à la réalisation précédente à deux rebords d'accrochage 19, 20. La contrainte statique engendrée par les différents efforts est localisée au niveau de la bride centrale 23 de la virole et des parties épaisses des pales et est donc séparée de la contrainte dynamique maximum qui se produit en partie arrière 22 (alors libérée de la contrainte statique) de la paroi 10 de la virole 8. En conséquence, la contrainte dynamique maximum admissible peut être augmentée sans nuire à l'intégrité du redresseur 3, en autorisant des niveaux vibratoires plus élevés sur le moteur.
Par ailleurs, les rebords avant 19 et arrière 20, ainsi que la bride 23, peuvent être réalisés de manière continue ou discontinue sur la périphérie de la paroi latérale 1 1 de ladite virole externe 8.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Redresseur sectorisé (3) de compresseur pour turbomachine, du type comportant des secteurs (5) assemblés formant deux viroles concentriques externe (8) et interne (10), entre lesquelles sont agencées des pales (12), avec leurs bords d'attaque (15) et de fuite (16) proches respectivement des faces transversales (17, 18) des viroles, et dont la virole externe (8) est pourvue extérieurement d'un moyen d'attache (7) avec un carter externe (6) de réception desdits secteurs,
caractérisé par le fait que ledit moyen d'attache (7) est décalé axialement par rapport à la face transversale arrière (18) de la virole externe (8) et agencé pour reprendre les efforts statiques entre le carter et le redresseur, ledit moyen d'attache (7) au carter externe comprenant, par rapport au sens du flux traversant les pales, soit un rebord périphérique coudé d'accrochage, avant (19), situé au niveau de la face transversale amont (17) de la virole externe desdits secteurs, et un rebord périphérique coudé d'accrochage, arrière (20) décalé de la face transversale aval (18) de la virole externe et situé, en projection, à l'aplomb des pales (12), entre les bords d'attaque et de fuite de celles-ci (12), ou une bride annulaire (23) prévue en périphérie de la virole externe (8), et située en projection à l'aplomb des pales (12) entre les bords d'attaque et de fuite de celles-ci (12), et des boulons de fixation ou analogue traversant des trous de fixation (24) dans la bride, au carter de réception.
2 Redresseur selon la revendication 1 , dans lequel ledit rebord périphérique arrière, décalé (20) est situé, en projection, sensiblement au milieu des pales, entre leurs bords d'attaque (15) et de fuite (16).
3. Redresseur selon la revendication 1 , dans lequel ladite bride d'attache (23) est située, en projection, au milieu des bords d'attaque (15) et de fuite (16) des pales.
4. Redresseur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit rebord périphérique arrière (20) ou ladite bride (23) s'étend de façon continue ou discontinue sur l'ensemble des secteurs (5).
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