EP4695503A1 - Stator a calage variable ameliore et procede utilisant un tel stator - Google Patents

Stator a calage variable ameliore et procede utilisant un tel stator

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Publication number
EP4695503A1
EP4695503A1 EP24722304.3A EP24722304A EP4695503A1 EP 4695503 A1 EP4695503 A1 EP 4695503A1 EP 24722304 A EP24722304 A EP 24722304A EP 4695503 A1 EP4695503 A1 EP 4695503A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
platform
stator
wall
main
blades
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24722304.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
William Henri Joseph RIERA
Simon Pierre Michel MARTIN
Frédéric TONG-YETTE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran SA
Original Assignee
Safran SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran SA filed Critical Safran SA
Publication of EP4695503A1 publication Critical patent/EP4695503A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations
    • 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
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/083—Sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • 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
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
    • 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
    • F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/29—Three-dimensional machined; miscellaneous
    • F05D2250/294—Three-dimensional machined; miscellaneous grooved

Definitions

  • variable-pitch stators in ducted aeronautical turbomachines, in particular compressor inlet guide wheel stators, but not only.
  • a turbomachine stator comprises fixed blades extending radially between an inner wall (the hub) and an outer wall (the casing). The inner wall and the outer wall delimit between them an annular flow path for gases from upstream to downstream of the engine.
  • These stator blades can be variable-pitch, allowing each of them to pivot about a radial axis to modify their angle of incidence.
  • Such a stator with variable-pitch blades can for example be an inlet guide wheel (IRW) of high or low pressure compressors.
  • IGW inlet guide wheel
  • Variable pitch blades are generally movable between an aligned position and a set position.
  • the angle of incidence which can be defined as the angle between the blade chord and the engine axis, is zero or small, for example less than 20°. This position allows the blades to be aligned with the upstream flow.
  • the angle of incidence is high, for example greater than 40°. This position allows the flow arriving at the downstream movable wheel to be redirected.
  • the Changing the angle of incidence of variable pitch blades has consequences on the flow topology, involving in particular secondary flows generating pressure distortion. These unwanted secondary flows must be managed.
  • the pressure differential between the intrados and the extrados is low and little flow crosses the space existing between the free end of the blade and the surface of the hub, which generates few vortices, and therefore few pressure losses.
  • the free ends of the blades, close to the hub wall can undergo a corner separation type flow, often caused by a passage flow, which is a flow close to the hub wall starting at the intrados leading edge of the blade and impacting further downstream towards the trailing edge of the adjacent blade, on the extrados side.
  • a corner separation can generate a vortex on the extrados face close to the trailing edge of the blade, which can generate pressure losses.
  • the present disclosure relates to a turbomachine stator extending around a central axis and comprising:
  • variable-pitch blades each blade extending radially in the annular vein between a base movably fixed to one of the inner wall or the outer wall, and a free end
  • the other of the internal wall or of the external wall comprising a main profile and at least one circular platform arranged opposite the free end of one of the blades, the platform comprising a main surface and at least one longitudinal groove, the platform being movable in rotation relative to the main profile between a first position in which a main axis of the groove is substantially parallel to the central axis, and at least a second position in which the main axis is transverse to the central axis.
  • the terms "axial direction”, "radial direction” and their derivatives are defined relative to the central axis of the stator, which is also the central axis of the turbomachine, around which the moving parts (the rotors) thereof rotate.
  • the stator is generally axisymmetric around the central axis.
  • upstream and downstream are understood relative to the normal flow direction of gases in a turbomachine, from the inlet to the outlet nozzle, passing successively through the compressors, the combustion chamber and the turbines.
  • stator blades are fixed to one or the other of the radially inner wall and the radially outer wall, in a movably manner by being configured to pivot relative to this wall about a radial axis.
  • the end of the blades opposite the end which is fixed to one of the inner or outer walls, is a free end, which is not in contact with the other of the inner or outer wall. A space therefore exists between this wall and the free end.
  • the platform is a portion of the inner or outer wall, this portion being movable relative to the rest of the inner or outer wall.
  • the platform which is circular, is in particular capable of pivoting about a radial axis passing through the center of the platform. It is thus understood that the platform, in particular its main surface, is in line with the main profile of the inner or outer wall, the main profile comprising the surface portion of the inner or outer wall other than the platform, delimiting the annular air flow vein.
  • the main surface of the platform is in other words the reference surface of the platform, in the absence of grooves/recesses or projections/protuberances. It is thus understood that the longitudinal groove is a portion of the platform which is hollowed out relative to its main surface, forming a slot comprising a first dimension, its length, greater than a second dimension, its width.
  • the main axis of the groove is an axis parallel to its length.
  • the main axis of the groove In the first position, the main axis of the groove is substantially parallel to the central axis, for example parallel to the central axis to within plus or minus 2°. It is thus understood that in the first position, the groove extends mainly in the axial direction of the turbomachine. In the second position, the main axis is transverse to the central axis, forming for example an angle greater than 45° with respect to the latter.
  • the longitudinal groove thus has a more or less significant influence on the flow depending on its orientation, which can thus be adapted according to the flight conditions and the pitch angle of the stator blades.
  • the groove in the second position makes it possible to limit the consequences of the appearance of clearance vortices and pressure distortions.
  • the groove can be arranged in the first position, in which it is aligned with the main flow and does not disturb the latter or only slightly. This device thus makes it possible to improve the performance of the stator in the pitched position, without degrading it in the aligned position. The overall performance of the turbomachine is therefore improved.
  • the main axis of the groove in the second position, is perpendicular to the central axis. This makes it possible to maximize the effect of attenuating the consequences related to the occurrence of clearance vortices and pressure distortions by creating a hollow channel between the intrados and the extrados of the stator blades.
  • the stator is configured such that when a pitch angle between a chord of the blade at the free end and the central axis is between 0 and 20°, the platform is disposed in the first position, and when the pitch angle is between 40 and 80°, the platform is disposed in the second position.
  • an aligned position of the blades corresponds to a situation in which the pitch angle is between 0 and 20°, preferably less than 10°
  • a wedged position of the blades corresponds to a situation in which the pitch angle is between 40 and 80°, preferably equal to 60°.
  • the mobile platform thus makes it possible to adapt the orientation of the groove and its influence on the flow, efficiently depending on the pitch angle of the blades.
  • the inner wall comprises the platform and, in the first position, the major surface of the platform is flush with the major profile of the inner wall.
  • the main surface of the platform is in continuity with the main profile of the internal wall, without positive or negative difference in level, that is to say without step and without recess.
  • the radially internal wall of the stator delimiting the annular vein, has a curved shape. It is understood that the main surface of the platform therefore has the same curved shape, and consequently the same radius of curvature, as the main profile of the internal wall.
  • the main surface of the platform is integrated and merged with the main profile of the internal wall.
  • This configuration makes it possible to limit the impact of the mobile platform on the incident flow when the blades are in an aligned position, the groove being moreover aligned with the central axis and said flow.
  • the platform comprises at least one longitudinal fin projecting from the main surface, extending between a first rim of the platform and a lateral side of the at least one groove, and having an elongated shape in the direction of the main axis of said groove.
  • the fin forms a protuberance relative to said main surface. It is understood that the fin extends mainly longitudinally, that is to say along an axis substantially parallel to the main axis of the groove, being arranged on one side thereof.
  • the fin when the platform is in the first position, corresponding to a situation in which the blades are in an aligned position, the fin is located between two adjacent blades, and extends mainly axially along the central axis.
  • This fin constitutes a "wall" blocking the transverse flows (the passage flows) which connect the intrados of a blade to the extrados of the adjacent blade, making it possible to limit the negative consequences linked to corner separation when the blades are in an aligned position.
  • the fin When the platform is pivoted to the second position, the fin also pivots and is no longer between the two adjacent blades, but upstream or downstream of a blade, depending on the direction of rotation of the platform. Given the convex shape of the inner wall and the platform, the height at which the fin projects relative to the main profile of the inner wall is thus reduced when moving to the second position. It is thus possible to improve the performance of the stator when the blades are in an aligned position thanks to the presence of the fin between the adjacent blades, while limiting the impact of this fin when the blades are in a wedged position.
  • the fin includes an inclined plane extending from a base of the major surface to a top, the base of the inclined plane being adjacent to the lateral side of the groove and the top being adjacent to the first rim of the platform, such that in the first position, the top projects relative to the major profile of the inner wall, and in the second position, the top is flush with said major profile.
  • the base of the inclined plane is located at the main surface of the platform, close to the groove, the inclined plane rising relative to the main surface away from the groove, up to the top.
  • the fin projects both from the main surface of the platform and from the main profile of the inner wall, thus limiting the negative consequences associated with corner separation when the blades are in an aligned position.
  • the top of the inclined plane is flush with the main profile of the inner wall. Consequently, the fin projects from the main surface of the platform but is arranged below the level of the surface of the main profile of the inner wall. This makes it possible to limit its impact on the flow when the blades are in the wedged position.
  • the inclined plane constitutes a gentle slope, connecting the main profile of the inner wall to the main surface of the platform.
  • the inclined plane when in the second position, the fin is on the downstream part of the platform in the direction of gas flow, the inclined plane constitutes an upward slope which connects to the main profile of the inner wall, which makes it possible to limit the effects of upward movement and therefore to limit the losses on the downstream part of the blade.
  • the main surface comprises the second rim, which is flush with the main profile of the inner wall when the platform is in the first position, and which is recessed relative to said main profile when the platform is in the second position.
  • the recess is generated by the difference in height between the main profile of the inner wall and the second rim, creating a step.
  • the convex shape of the inner wall and the platform thus makes it possible, when the platform rotates, to create this recess and thus provide an additional groove, in addition to the longitudinal groove machined in the platform.
  • third and fourth flanges of the platform located on one side of the longitudinal ends of the groove, project relative to the main profile.
  • the stator comprises at least three longitudinal grooves parallel to each other.
  • the main axes of the three grooves are parallel to each other.
  • the main axis of each of the grooves is substantially parallel to the central axis in the first position, and transverse, preferably perpendicular, to the central axis in the second position.
  • the presence of at least three grooves makes it possible to limit even more effectively the consequences of the appearance of clearance vortices and pressure distortions, and thus to further improve the performance of the stator in the wedged position, without degrading it in the aligned position.
  • the stator is an inlet steer wheel of a turbomachine compressor
  • the inner wall is a hub
  • the outer wall is an outer casing.
  • the present disclosure also relates to a turbomachine comprising a stator according to any one of the preceding embodiments.
  • the present disclosure also relates to a method of modifying the pitch of the blades of a variable pitch stator according to any of the preceding embodiments, the method comprising detecting the pitch angle of the blades and, when the blades are in an aligned position, positioning the platform in the first position and when the blades are in a pitched position, positioning the platform in the second position.
  • Figure 1 shows a schematic view in longitudinal section of a turbomachine
  • Figure 2 shows a partial view in a half-section plane parallel to the central axis, of a variable-pitch stator according to one embodiment
  • Figure 3 shows a radial section of a variable pitch stator blade, at its free end, in an aligned position (left) and in a pitched position (right),
  • Figure 4 is a top view of a movable platform of the stator of Figure 2,
  • Figure 5 is a perspective view of the platform in the first position, in a bird's eye view from upstream,
  • each blade 13 is fixed to the casing 12 and is not in contact with the hub 11 (unlike FIG. 1 representing the reverse configuration). It will be noted that this example is not limiting, the invention also applying to a situation in which the blades 13 are fixed to the hub 11 and are not in contact with the casing 12.
  • each blade 13 comprises a base 132 at a radially outer end, movably attached to the casing 12.
  • the base 132 is a rotating platform with a pivot to the casing 12, and is capable of pivoting about a radial direction R to adjust the pitch angle of the blade 13.
  • Each blade 13 further comprises a leading edge 136, a trailing edge 138, an extrados 131 and a intrados 133.
  • the radially inner end of the blades 13 is a free end 134.
  • a space E exists between the free end 134 and the surface of the main plane 110 of the hub 11.
  • the thickness of the space E is between 0.1 and 5 mm. It will be noted that the space E is not necessarily constant and can vary between the leading edge 136 and the trailing edge 138, and also depending on the pitch angle of the blade 13.
  • Figure 3 shows a section of a blade 13, at the free end 134, in a left-aligned position, and in a position right-set.
  • the setting angle P is the angle formed between the central axis X and the direction G of the chord of the blade 13 at this section, the chord being the straight line connecting the leading edge 136 and the trailing edge 138.
  • the aligned position of the blade 13 corresponds to a situation in which the setting angle P is between 0 and 20°, preferably less than 10°
  • the set position corresponds to a situation in which the setting angle P is between 40 and 80°, preferably equal to 60°.
  • the hub 11 comprises a plurality of platforms 20 (distinct from the platforms constituting the rotating bases 132 of the blades 13), movable relative to the main profile 110 of the hub 11.
  • the main profile 110 is a fixed portion of the hub 11 and of the stator 10 and represents the majority of the surface of the hub 11 (excluding platforms 20) in contact with the gas flow F. It has a curved shape, in other words convex relative to the central axis X. This curved shape of the main profile 110 is visible in particular in FIGS. 6 and 9.
  • the platforms 20 are rotatable between a first position and at least one second position.
  • the first position of the platforms 20 is shown in FIGS. 4 to 7, and is adopted when the blades 13 are in the aligned position.
  • the second position of the platforms 20 is shown in FIGS. 8 to 10, and is adopted when the blades 13 are in the wedged position.
  • a platform 20 in the first position will be described with reference to FIGS. 2 and 4 to 7, in which only one platform 20 is visible, it being understood that one platform 20 is arranged opposite each blade 13.
  • the platform 20 is shown in section in a simplified manner, without showing any irregularities in its main surface 210, such as grooves or fins described below.
  • the platform 20 is integrated into the wall of the hub 11. In the configuration shown in FIG. 2, its main surface 210 is flush with the main profile 110 of the hub 11.
  • the main surface 210 of the platform 20 corresponds to the upper face of the platform 20 in contact with the gas flow, and to the so-called "regular" portions of the platform 20, not comprising a protuberance such as a fin or a recess such as a groove.
  • the main surface 210 thus has a profile identical to the main profile 110 of the hub 11.
  • the main surface 210 has a curvature identical to the curvature of the main profile 110 of the hub 11, such that in the first position, the main surface 210 is fully integrated into the main profile 110 and in the continuity of the latter, as shown in FIG. 6 in particular.
  • the number of platforms 20 that the hub 11 comprises is equal to the number of blades 13 that the stator 10 comprises, a platform 20 being arranged opposite the free end 134 of each blade 13.
  • the diameter of a platform 20 has a value between 30 and 100% of the length of the chord of the blade 13 at its free end 134. For example, for a chord between 30 mm and 100 mm, the diameter of the platform 20 can be between 30 mm and 70 mm.
  • a platform 20 is shown in FIG. 4 in a top view according to its center of rotation, i.e. the radial direction R, the blade 13 being masked.
  • the platform 20 is circular with an axis of rotation coaxial with the radial direction R or parallel thereto. In other words, the platform 20 rotates around the same axis of rotation as the blade 13, or an axis parallel but close to the latter.
  • the circumference of the platform 20 is virtually and conventionally divided into four edges, a first edge A, a second edge B diametrically opposite the first edge, a third edge C and a fourth edge D diametrically opposite the third edge C.
  • the platform 20 comprises three longitudinal grooves 22. This example is however not limiting, the platform 20 being able to comprise a greater or lesser number of grooves 22.
  • a groove 22 is a slot dug in the platform 20, which therefore constitutes a recess relative to the main surface 210.
  • Each groove 22 extends mainly along a main axis P, which is a longitudinal direction of the groove, between the third edge C and the fourth edge D.
  • each groove comprises two lateral sides 222 extending longitudinally parallel to the main axis P, and two longitudinal ends 224 extending perpendicular to the lateral sides and having a length less than the latter.
  • the lateral sides 222 may for example extend over a length of between 70 and 90% of the diameter of the platform 20, for example over 50 mm.
  • the width of the longitudinal ends 224 may be between 1.5 and 5 mm.
  • the three grooves 22 are arranged parallel to each other, their respective main axes P being parallel to each other. Preferably, a distance between two adjacent grooves 22 is greater than 1 mm.
  • the grooves 22 comprise a bottom 226 which is preferably curved, such that the bottom 226 connects the longitudinal ends 224 continuously. More precisely, the bottom 226 extends from a longitudinal end 224 of the groove, on the side of the third edge C for example, at the same level as the main surface 210 (i.e. at the same height), gradually sinks relative to the level of the main surface 210 to a maximum depth, then gradually rises to the opposite longitudinal end 224 on the side of the fourth edge D.
  • This configuration is clearly visible in FIG. 8, and makes it possible to disturb the flow of the gas flow F as little as possible when the platform 20 is in the first position.
  • the depth of the grooves 22 is such that a depth/width ratio (where the width is the width of the longitudinal ends 224) is between 1 and 2.
  • the depth can be between 1.5 mm and 10 mm, preferably between 2 mm and 6 mm.
  • the platform 20 further comprises a fin 24 projecting from the main surface 210.
  • the fin 24 is disposed between the first edge A of the platform 20 and a lateral side 222 of one of the grooves 22. It has an elongated shape in the direction of the main axis P of said groove 22.
  • the fin 24 includes an inclined plane 242 extending from a base 241 to a top 244.
  • the base 241 is at the same level (i.e., at the same height) as the main surface 210 and extends parallel to the lateral side 222 and adjacent thereto.
  • the top 244 is raised relative to the main surface 210, the inclined plane 242 thus forming a slope connecting the main surface 210, at the base 241, to the top 244.
  • An edge 246 of the fin 24 is adjacent to the first rim A, and may even be the same as the latter, by following the curvature of said first rim A of the platform 20.
  • the edge 246 of the fin 24 has the shape of an arc of a circle with a radius equal to the radius of the platform 20.
  • the edge 246 forms a steep wall making it possible to compensate, in the first position of the platform 20, for the difference in height between the apex 244 and the main plane 110 of the hub 11.
  • the apex 244 is a surface connecting the top of the inclined plane 242 and the upper end of the edge 246.
  • a height h of the fin corresponding to the maximum height between the apex 244 and the main surface 210 (or the main plane 110 when the platform 20 is in the first position), in other words the maximum height of the wall formed by the edge 246 is determined so as to be between 0.5 and 3 times the thickness of the boundary layer upstream of the platform 20, preferably equal to said boundary layer.
  • the platform 20 is oriented such that the longitudinal grooves 22 are aligned with the central axis X.
  • the main axis P of the grooves 22 is parallel to the central axis X.
  • the third rim C and the fourth rim D are also aligned with the central axis X and the incident gas flow F.
  • the fourth rim D is aligned with the third rim C and downstream of it relative to the central axis X and in the direction of the gas flow F, and the diameter joining the rims C and D is parallel to the central axis X.
  • the second, third and fourth edges B, C and D are flush with the main profile 110 of the hub 11, and are therefore arranged in continuity with the latter.
  • the fin 24 is arranged on the side of the blade 13, in particular on the extrados side 131 thereof.
  • the fin 24 is arranged between the blade 13 visible in the figures, and the intrados of the adjacent blade (not visible).
  • the second position is obtained by a rotation of the platform 20, typically 90°, from the first position, such that the first rim A, and therefore the fin 24, are at a downstream end of the platform 20 in the direction of flow of the gas flow F.
  • the longitudinal grooves 22 are preferably arranged perpendicular to the central axis X. More precisely, the main axis P of the grooves 22 is perpendicular to the central axis X. Preferably, in this position, the main axis P of the grooves 22 form an angle with respect to the direction G of the chord of the blades of between 10° and 50°, typically 30°.
  • the first edge A and the second edge B are aligned with the central axis X, and the third edge C and the fourth edge D are arranged on either side of the central axis X.
  • the first edge A is aligned with the second edge B and downstream of the latter with respect to the central axis X and to the direction of the gas flow F, and the diameter joining the edges C and D is perpendicular to the central axis X.
  • a height of the main profile 110 of the hub 11 is maximum along this axis, and decreases as one moves away from this axis, perpendicular to it.
  • the region of the main profile 110 arranged in alignment with the edges A and B (FIG. 8) is higher than the regions of the main profile 110 adjacent to the edges C and D.
  • the edges C and D being at the same height as the main profile 110, in the first position (FIG. 6), are therefore raised relative to the latter, in the second position (FIG. 9).
  • the third rim C and the fourth rim D thus form a protuberance 211, 212 respectively, projecting relative to the main profile 110 of the hub 11.
  • the second rim B which was flush with the main surface 110 of the hub 11 in the first position, in a region of lower height of said main profile 110 of convex shape according to the reference frame defined above (FIG. 6 in a front view), is recessed relative to the main profile 110 after rotation of the platform 20 by 90° towards the second position (FIG. 10 in a side view).
  • a step 25 is created between an end 213 of the platform 20 and an outline 113 of the main profile 110 of the hub 11.
  • the rotation of the platform 20 from the first position to the second position thus makes it possible to create, in addition to the grooves 22 machined in the platform 20, a fourth groove which was not present in the first position, at the level of the second edge B arranged upstream of the platform 20.
  • This fourth groove is formed by the step 25 which is descending according to the direction of flow of the gas flow F, and is preferably located at 10% (+/- 5%) of the chord of the blade 13, from the leading edge 136.
  • a calculation unit controls both the base 132 of the blades and the platforms 20.
  • the platforms 20 can in particular be pivoted by an electric or hydraulic actuator, for example.
  • the method thus comprises the detection of the pitch angle of the blades 13 by the calculation unit.
  • the calculation unit positions the platforms 20 in the first position.
  • the calculation unit controls the platforms 20 to pivot them and position them in the second position.

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Abstract

Stator (10) de turbomachine s'étendant autour d'un axe central (X) et comprenant une paroi interne (11) et une paroi externe (12) délimitant une veine (V) annulaire, une pluralité d'aubes (13) à calage variable, chaque aube (13) s'étendant radialement dans la veine annulaire entre une base (132) fixée de manière mobile à la paroi externe (12), et une extrémité libre (134), la paroi interne (11) comprenant un profil principal (110) et au moins une plateforme (20) circulaire agencée en vis-à-vis de l'extrémité libre (134) d'une des aubes, la plateforme (20) comprenant une surface principale (210) et au moins une rainure (22) longitudinale, la plateforme (20) étant mobile en rotation par rapport au profil principal (110) entre une première position dans laquelle un axe principal (P) de la rainure (22) est sensiblement parallèle à l'axe central (X), et au moins une deuxième position dans laquelle l'axe principal (P) est transversal à l'axe central (X).

Description

Description
Titre de l'invention : Stator à calage variable amélioré et procédé utilisant un tel stator
Domaine Technique
[0001] Le présent exposé concerne le domaine des stators à calage variable dans les turbomachines aéronautiques carénées, notamment les stators de roue directrice d'entrée de compresseur, mais pas uniquement.
Technique antérieure
[0002] De manière connue, un stator de turbomachine comprend des aubes fixes s'étendant radialement entre une paroi interne (le moyeu) et une paroi externe (le carter). La paroi interne et la paroi externe délimitent entre elles une veine annulaire d'écoulement des gaz de l'amont vers l'aval du moteur. Ces aubes de stator peuvent être à calage variable, permettant de pivoter chacun d'elles autour d'un axe radial pour modifier leur angle d'incidence. Un tel stator avec des aubes à calage variable peut par exemple être une roue directrice d'entrée (RDE) des compresseurs haute ou basse pression.
[0003] Ces aubes à calage variable sont par exemple disposées sur des plateformes tournantes avec un pivot sur le carter et permettent d'orienter l'écoulement à l'entrée du compresseur afin qu'il soit aligné avec le bord d'attaque de la roue mobile située en aval. L'extrémité opposée des aubes est une extrémité libre qui n'est pas en contact avec la paroi du moyeu. Ces aubes de stator à calage variable sont donc en porte-à-faux.
[0004] Les aubes à calage variable sont généralement mobiles entre une position alignée et une position calée. Dans la position alignée, l'angle d'incidence, pouvant être défini comme l'angle entre la corde de l'aube et l'axe du moteur, est nul ou faible, par exemple inférieur à 20°. Cette position permet aux aubes d'être alignées avec l'écoulement amont. Dans la position calée, l'angle d'incidence est élevé, par exemple supérieur à 40°. Cette position permet de réorienter l'écoulement qui arrive sur la roue mobile située en aval. Cependant, la modification de l'angle d'incidence des aubes à calage variable a des conséquences sur la topologie de l'écoulement, impliquant notamment des écoulements secondaires générateurs de distorsion de pression. Ces écoulements secondaires non souhaités doivent être gérés.
[0005] En position alignée notamment, le différentiel de pression entre l'intrados et l'extrados est faible et peu d'écoulement traverse l'espace existant entre l'extrémité libre de l'aube et la surface du moyeu, ce qui génère peu de tourbillons, et donc peu de pertes de pression. Cependant, les extrémités libres des aubes, à proximité de la paroi du moyeu, peuvent subir un écoulement de type décollement de coin, souvent provoqué par un écoulement de passage, qui est un écoulement proche de la paroi du moyeu commençant au bord d'attaque intrados de l'aube et impactant plus en aval vers le bord de fuite de l'aube adjacente, côté extrados. Un décollement de coin peut engendrer un tourbillon sur la face extrados proche du bord de fuite de l'aube, qui peut être générateur de pertes de pression.
[0006] En position calée, le gradient de pression entre l'intrados et l'extrados est élevé. Cela peut créer un écoulement transverse au niveau de l'espacement entre l'extrémité libre de l'aube et la paroi du moyeu, pouvant générer des écoulements de jeu, et notamment un tourbillon dit tourbillon de jeu, et donc des distorsions de pression susceptibles de venir impacter la roue mobile en aval et favoriser le déclanchement du phénomène de pompage.
[0007] Pour gérer ces écoulements secondaires, il est connu d'avoir recours à des technologies de type traitements de surface, consistant en des modifications locales dans la paroi du moyeu ou du carter délimitant la veine d'écoulement d'air. Par exemple, il est possible de disposer des ailettes sur la paroi du moyeu entre deux aubes à calage variable adjacentes, afin de limiter les conséquences liées à l'écoulement de passage et au décollement de coin lorsque les aubes sont en position alignée. Le document FR3106614 Al décrit un exemple d'ailette pour la gestion des décollements de coin. Ces ailettes ont néanmoins un impact négatif sur la performance du stator lorsque les aubes sont en position calée. [0008] Par ailleurs, des rainures peuvent être réalisées dans la paroi du moyeu pour limiter les conséquences de l'apparition de tourbillons de jeu et de distorsions de pression lorsque les aubes sont en position calée. Cependant, bien qu'elles soient utiles pour des angles de calage importants, de telles rainures sont moins utiles lorsque les aubes sont en position alignée, et sont même susceptibles de dégrader la performance du stator, en générant des tourbillons non désirés.
[0009] En d'autres termes, bien que ces technologies présentent des avantages pour certains types d'écoulement, elles impliquent une dégradation des performances du stator pour d'autres types d'écoulement, et sont donc difficilement intégrables.
[0010] Il existe donc un besoin pour un système permettant de palier au moins en partie les inconvénients précités, et permettant d'améliorer les performances du stator à calage quelle que soit la position des aubes, alignée ou calée, sans dégrader ses performances lorsqu'elles changent de position.
Exposé de l'invention
[0011] Le présent exposé concerne un stator de turbomachine s'étendant autour d'un axe central et comprenant :
- une paroi interne et une paroi externe délimitant une veine annulaire,
- une pluralité d'aubes à calage variable, chaque aube s'étendant radialement dans la veine annulaire entre une base fixée de manière mobile à l'une de la paroi interne ou de la paroi externe, et une extrémité libre,
- l'autre de la paroi interne ou de la paroi externe comprenant un profil principal et au moins une plateforme circulaire agencée en vis-à-vis de l'extrémité libre d'une des aubes, la plateforme comprenant une surface principale et au moins une rainure longitudinale, la plateforme étant mobile en rotation par rapport au profil principal entre une première position dans laquelle un axe principal de la rainure est sensiblement parallèle à l'axe central, et au moins une deuxième position dans laquelle l'axe principal est transversal à l'axe central. [0012] Dans le présent exposé, les termes « direction axiale », « direction radiale » et leurs dérivés sont définis par rapport à l'axe central du stator, qui est également l'axe central de la turbomachine, autour duquel tourne les parties mobiles (les rotors) de celle-ci. De préférence, le stator est globalement axisymétrique autour de l'axe central. De même, les termes « amont » et « aval » s'entendent par rapport au sens d'écoulement normal des gaz dans une turbomachine, depuis l'entrée vers la tuyère de sortie, en passant successivement par les compresseurs, la chambre de combustion et les turbines.
[0013] On comprend que les aubes du stator sont fixées à l'une ou l'autre de la paroi radialement interne et de la paroi radialement externe, de manière mobile en étant configurées pour pivoter par rapport à cette paroi autour d'un axe radial. L'extrémité des aubes opposée à l'extrémité qui est fixée à l'une de la paroi interne ou externe, est une extrémité libre, qui n'est pas en contact avec l'autre de la paroi interne ou externe. Un espace existe donc entre cette paroi et l'extrémité libre.
[0014] La plateforme est une portion de la paroi interne ou externe, cette portion étant mobile par rapport au reste de la paroi interne ou externe. La plateforme, qui est circulaire, est notamment apte à pivoter autour d'un axe radial passant par le centre de la plateforme. On comprend ainsi que la plateforme, en particulier sa surface principale, s'inscrit dans la continuité du profil principal de la paroi interne ou externe, le profil principal comprenant la portion de surface de la paroi interne ou externe autre que la plateforme, délimitant la veine annulaire d'écoulement d'air.
[0015] La surface principale de la plateforme est en d'autres termes la surface de référence de la plateforme, en l'absence de rainures/renfoncements ou de saillies/protubérances. On comprend ainsi que la rainure longitudinale est une portion de la plateforme qui est creusée par rapport à sa surface principale, formant une fente comprenant une première dimension, sa longueur, plus importante qu'une deuxième dimension, sa largeur. L'axe principal de la rainure est un axe parallèle à sa longueur. [0016] Dans la première position, l'axe principal de la rainure est sensiblement parallèle à l'axe central, par exemple parallèle à l'axe central à plus ou moins 2° près. On comprend ainsi que dans la première position, la rainure s'étend principalement dans la direction axiale de la turbomachine. Dans la deuxième position, l'axe principal est transversal à l'axe central, formant par exemple un angle supérieur à 45° par rapport à ce dernier.
[0017] Il est ainsi possible de modifier l'orientation de la rainure par rapport à l'axe central et donc par rapport à l'écoulement des gaz incidents, en pivotant la plateforme entre la première et la deuxième position. La rainure longitudinale a ainsi une influence plus ou moins importante sur l'écoulement en fonction de son orientation, qui peut ainsi être adaptée selon les conditions de vol et l'angle de calage des aubes de stator. En particulier, lorsque les aubes sont en position calée, la rainure dans la deuxième position permet de limiter les conséquences de l'apparition de tourbillons de jeu et de distorsions de pression. A l'inverse, lorsque les aubes sont en position alignée, la rainure peut être disposée dans la première position, dans laquelle elle est alignée avec l'écoulement principal et ne perturbe pas ou peu ce dernier. Ce dispositif permet ainsi d'améliorer les performances du stator en position calée, sans la dégrader en position alignée. Les performances globales de la turbomachine s'en trouvent donc améliorées.
[0018] Dans certains modes de réalisation, dans la deuxième position, l'axe principal de la rainure est perpendiculaire à l'axe central. Cela permet de maximiser l'effet d'atténuation des conséquences liées à l'apparition de tourbillons de jeu et de distorsions de pression en créant une canalisation creusée entre l'intrados et l'extrados des aubes de stator.
[0019] Dans certains modes de réalisation, le stator est configuré de telle sorte que, lorsqu'un angle de calage entre une corde de l'aube à l'extrémité libre et l'axe central est compris entre 0 et 20°, la plateforme est disposée dans la première position, et lorsque l'angle de calage est compris entre 40 et 80°, la plateforme est disposée dans la deuxième position. [0020] En d'autres termes, une position alignée des aubes correspond à une situation dans laquelle l'angle de calage est compris entre 0 et 20°, de préférence inférieur à 10°, et une position calée des aubes correspond à une situation dans laquelle l'angle de calage est compris entre 40 et 80°, de préférence égal à 60°. La plateforme mobile permet ainsi d'adapter l'orientation de la rainure et son influence sur l'écoulement, de manière efficace en fonction de l'angle de calage des aubes.
[0021] Dans certains modes de réalisation, la paroi interne comprend la plateforme et, dans la première position, la surface principale de la plateforme affleure le profil principal de la paroi interne.
[0022] Par « affleure », on comprend que la surface principale de la plateforme est dans la continuité du profil principal de la paroi interne, sans dénivelé positif ou négatif, c'est-à-dire sans marche et sans décaissement. Compte tenu de la forme annulaire du stator, la paroi radialement interne du stator, délimitant la veine annulaire, présente une forme courbe. On comprend que la surface principale de la plateforme présente donc la même forme courbe, et par conséquent le même rayon de courbure, que le profil principal de la paroi interne. Ainsi, dans la première position, la surface principale de la plateforme est intégrée et confondue avec le profil principal de la paroi interne.
[0023] Cette configuration permet de limiter l'impact de la plateforme mobile sur l'écoulement incident lorsque les aubes sont en position alignée, la rainure étant par ailleurs alignée avec l'axe central et ledit écoulement.
[0024] Dans certains modes de réalisation, la plateforme comprend au moins une ailette longitudinale faisant saillie depuis la surface principale, s'étendant entre un premier rebord de la plateforme et un côté latéral de la au moins une rainure, et ayant une forme allongée dans la direction de l'axe principal de ladite rainure.
[0025] Contrairement à la rainure formant un renfoncement par rapport à la surface principale de la plateforme, l'ailette forme une protubérance par rapport à ladite surface principale. On comprend que l'ailette s'étend principalement longitudinalement, c'est-à-dire selon un axe sensiblement parallèle à l'axe principal de la rainure, en étant disposée sur un côté de celle-ci.
[0026] Par conséquent, lorsque la plateforme est dans la première position, correspondant à une situation dans laquelle les aubes sont en position alignée, l'ailette se trouve disposée entre deux aubes adjacentes, et s'étend principalement axialement le long de l'axe central. Cette ailette constitue un « mur » bloquant les écoulements transverses (les écoulements de passage) qui relient l'intrados d'une aube à l'extrados de l'aube adjacente, permettant de limiter les conséquences négatives liées au décollement de coin lorsque les aubes sont en position alignée.
[0027] Lorsque la plateforme est pivotée vers la deuxième position, l'ailette pivote également et ne se trouve plus entre les deux aubes adjacentes, mais en amont ou en aval d'une aube, en fonction du sens de rotation de la plateforme. Compte tenu de la forme convexe de la paroi interne et de la plateforme, la hauteur à laquelle l'ailette fait saillie par rapport au profil principal de la paroi interne est ainsi réduite lors du passage dans la deuxième position. Il est ainsi possible d'améliorer les performances du stator lorsque les aubes sont en position alignée grâce à la présence de l'ailette entre les aubes adjacentes, tout en limitant l'impact de cette ailette lorsque les aubes sont en position calée.
[0028] Dans certains modes de réalisation, l'ailette comprend un plan incliné s'étendant depuis une base de la surface principale jusqu'à un sommet, la base du plan incliné étant adjacente au côté latéral de la rainure et le sommet étant adjacent au premier rebord de la plateforme, de telle sorte que dans la première position, le sommet fait saillie par rapport au profil principal de la paroi interne, et dans la deuxième position, le sommet affleure ledit profil principal.
[0029] On comprend que la base du plan incliné se trouve au niveau de la surface principale de la plateforme, à proximité de la rainure, le plan incliné s'élevant par rapport à la surface principale en s'éloignant de la rainure, jusqu'au sommet. Dans la première position, l'ailette fait saillie à la fois de la surface principale de la plateforme et du profil principal de la paroi interne, limitant ainsi les conséquences négatives liées au décollement de coin lorsque les aubes sont en position alignée.
[0030] Dans la deuxième position, le sommet du plan incliné affleure le profil principal de la paroi interne. Par conséquent, l'ailette fait saillie de la surface principale de la plateforme mais est disposée sous le niveau de la surface du profil principal de la paroi interne. Cela permet de limiter son impact sur l'écoulement lorsque les aubes sont en position calée.
[0031] En outre, le plan incliné constitue une pente douce, reliant le profil principal de la paroi interne à la surface principale de la plateforme. Ainsi, lorsque dans la deuxième position, l'ailette se trouve sur la partie aval de la plateforme selon le sens d'écoulement des gaz, le plan incliné constitue une pente montante qui se raccorde au profil principal de la paroi interne, ce qui permet de limiter les effets de marche montante et donc de limiter les pertes sur la partie aval de l'aube.
[0032] Dans certains modes de réalisation, dans la deuxième position, un deuxième rebord de la plateforme disposé à une extrémité de la plateforme diamétralement opposée au premier rebord, est renfoncé par rapport audit profil principal.
[0033] On comprend que la surface principale comprend le deuxième rebord, qui affleure le profil principal de la paroi interne lorsque la plateforme est dans la première position, et qui est renfoncé par rapport audit profil principal lorsque la plateforme est dans la deuxième position. En d'autres termes, le renfoncement est engendré par la différence de hauteur entre le profil principal de la paroi interne et le deuxième rebord, créant une marche. La forme convexe de la paroi interne et de la plateforme permet ainsi, lors de la rotation de la plateforme, de créer ce renfoncement et de fournir ainsi une rainure supplémentaire, en plus de la rainure longitudinale usinée dans la plateforme.
[0034] Cet effet surprenant est d'autant plus avantageux lorsque, dans la deuxième position de la plateforme, le deuxième rebord est disposé d'un côté amont de la plateforme. En effet, la rainure supplémentaire ainsi créée est disposée au niveau du bord d'attaque des aubes en position calée, permettant de limiter la dynamique de création de tourbillons de jeu proche du bord d'attaque des aubes, et d'améliorer ainsi davantage les performances du stator.
[0035] Dans certains modes de réalisation, dans la deuxième position, des troisième et quatrième rebords de la plateforme, situés d'un côté des extrémités longitudinales de la rainure, font saillie par rapport au profil principal.
[0036] Compte tenu de la forme convexe de la paroi interne et de la plateforme, les troisième et quatrième rebords de la plateforme situés du côté des extrémités longitudinales de la rainure, c'est-à-dire les rebords situés aux extrémités amont et aval de la plateforme selon l'axe central sont affleurant avec la plateforme dans la première position, et se retrouvent surélevés par rapport au profil principal de ladite plateforme dans la deuxième position, après une rotation (par exemple de 90°) de celle-ci.
[0037] La présence de ces saillies permet, en plus de la rainure longitudinale orientée transversalement par rapport à l'axe central, de contribuer à réduire la dynamique des tourbillons de jeu, et donc la taille de ces tourbillons et leur effet négatif sur la performance et l'opérabilité du stator.
[0038] Dans certains modes de réalisation, le stator comprend au moins trois rainures longitudinales parallèles entre elles.
[0039] On comprend ainsi que les axes principaux des trois rainures sont parallèles entre eux. De même, l'axe principal de chacune des rainures est sensiblement parallèle à l'axe central dans la première position, et transversal, de préférence perpendiculaire, à l'axe central dans la deuxième position. La présence d'au moins trois rainures permet de limiter encore plus efficacement les conséquences de l'apparition de tourbillons de jeu et de distorsions de pression, et ainsi d'améliorer davantage les performances du stator en position calée, sans la dégrader en position alignée.
[0040] Dans certains modes de réalisation, le stator est une roue directrice d'entrée d'un compresseur de turbomachine, la paroi interne est un moyeu et la paroi externe est un carter externe. [0041] Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant un stator selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents.
[0042] Le présent exposé concerne également un procédé de modification du calage des aubes d'un stator à calage variable selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, le procédé comprenant la détection de l'angle de calage des aubes et, lorsque les aubes sont dans une position alignée, le positionnement de la plateforme dans la première position et lorsque les aubes sont dans une position calée, le positionnement de la plateforme dans la deuxième position.
Brève description des dessins
[0043] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :
[0044] [Fig. 1] La figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'une turbomachine,
[0045] [Fig. 2] La figure 2 représente une vue partielle dans un demi plan de coupe parallèle à l'axe central, d'un stator à calage variable selon un mode de réalisation,
[0046] [Fig. 3] La figure 3 représente une section radiale d'une aube de stator à calage variable, au niveau de son extrémité libre, dans une position alignée (à gauche) et dans une position calée (à droite),
[0047] [Fig. 4] La figure 4 est une vue du dessus d'une plateforme mobile du stator de la figure 2,
[0048] [Fig. 5] La figure 5 est une vue en perspective de la plateforme dans la première position, dans une vue plongeante depuis l'amont,
[0049] [Fig. 6] La figure 6 représente la plateforme de la figure 5 dans une vue de face depuis l'amont, [0050] [Fig. 7] La figure 7 représente la plateforme de la figure 5 dans une vue latérale,
[0051] [Fig. 8] La figure 8 est une vue en perspective de la plateforme dans la deuxième position, dans une vue plongeante depuis l'amont,
[0052] [Fig. 9] La figure 9 représente la plateforme de la figure 8 dans une vue de face depuis l'amont,
[0053] [Fig. 10] La figure 10 représente la plateforme de la figure 8 dans une vue latérale.
Description des modes de réalisation
[0054] Un mode de réalisation du présent exposé va être présenté en référence aux figures 1 à 10.
[0055] Les termes « amont » et « aval » sont par la suite définis par rapport au sens d'écoulement des gaz au travers une turbomachine, indiqué par la flèche F sur la figure 1 et les suivantes. Par ailleurs, les termes « interne » et « externe » sont considérés selon une direction radiale R perpendiculaire à l'axe central X de la turbomachine. Ainsi, la paroi externe 12 du stator 10, par exemple, est plus éloignée de l'axe central X que sa paroi interne 11 dans la direction radiale R.
[0056] La figure 1 illustre une turbomachine 100 à double flux comprenant de manière connue d'amont en aval successivement au moins une soufflante S, au moins un étage de compresseur basse pression 1, de compresseur haute pression 2, une chambre de combustion 3, au moins un étage de turbine haute pression 4 et de turbine basse pression 5. Les rotors des compresseurs 1, 2, des turbines 4, 5 et de la soufflante S tournent autour de l’axe central X de la turbomachine 100.
[0057] Le stator 10 considéré dans l'exemple qui suit est une roue directrice d'entrée du compresseur haute pression 2, disposée en amont de ce dernier et permettant d'orienter l'écoulement F entrant dans ce compresseur, notamment pour l'aligner avec le bord d'attaque de la roue mobile du premier étage du compresseur haute pression 2. Cet exemple n'est cependant pas limitatif, l'invention s'appliquant également à tout stator comprenant des aubes à calage variable.
[0058] Le stator 10 comprend un moyeu 11 (la paroi interne) et un carter 12 (la paroi externe) délimitant entre eux une veine annulaire V dans laquelle s'écoule le flux de gaz F. Plus précisément, la veine annulaire V est délimitée par un profil principal 110 du moyeu 11 (la paroi radialement externe du moyeu 11) et un profil principal 120 du carter 12 (la paroi radialement interne du carter 12), les surfaces des profils 110, 120 étant en contact avec le flux de gaz F. Le stator 10 comprend en outre une pluralité d'aubes 13 à calage variable (une seule est visible sur les figures) s'étendant dans la veine V et étant réparties circonférentiellement autour de l'axe central X.
[0059] Comme illustré sur la figure 2, représentant une vue partielle du stator 10 dans un demi plan de coupe parallèle à l'axe central X, chaque aube 13 est fixée au carter 12 et n'est pas en contact avec le moyeu 11 (contrairement à la figure 1 représentant la configuration inverse). On notera que cet exemple n'est pas limitatif, l'invention s'appliquant également à une situation dans laquelle les aubes 13 sont fixées au moyeu 11 et ne sont pas en contact avec le carter 12.
[0060] Plus précisément, chaque aube 13 comprend une base 132 à une extrémité radialement externe, fixée de manière mobile au carter 12. La base 132 est une plateforme tournante avec un pivot au carter 12, et est apte à pivoter autour d'une direction radiale R pour ajuster l'angle de calage de l'aube 13. Chaque aube 13 comprend en outre un bord d'attaque 136, un bord de fuite 138, un extrados 131 et un intrados 133. Par ailleurs, l'extrémité radialement interne des aubes 13 est une extrémité libre 134. Un espace E existe entre l'extrémité libre 134 et la surface du plan principal 110 du moyeu 11. L'épaisseur de l'espace E est comprise entre 0,1 et 5 mm. On notera que l'espace E n'est pas nécessairement constant et peut varier entre le bord d'attaque 136 et le bord de fuite 138, et également en fonction de l'angle de calage de l'aube 13.
[0061] La figure 3 représente une section d'une aube 13, au niveau de l'extrémité libre 134, dans une position alignée à gauche, et dans une position calée à droite. L'angle de calage P est l'angle formé entre l'axe central X et la direction G de la corde de l'aube 13 au niveau de cette section, la corde étant la droite reliant le bord d'attaque 136 et le bord de fuite 138. La position alignée de l'aube 13 correspond à une situation dans laquelle l'angle de calage P est compris entre 0 et 20°, de préférence inférieur à 10°, et la position calée correspond à une situation dans laquelle l'angle de calage P est compris entre 40 et 80°, de préférence égal à 60°.
[0062] Par ailleurs, le moyeu 11 comprend une pluralité de plateformes 20 (distinctes des plateformes constituant les bases 132 tournantes des aubes 13), mobiles par rapport au profil principal 110 du moyeu 11. On notera à cet égard que le profil principal 110 est une portion fixe du moyeu 11 et du stator 10 et représente la majeure partie de la surface du moyeu 11 (hors plateformes 20) en contact avec le flux de gaz F. Il présente une forme courbe, autrement dit convexe par rapport à l'axe central X. Cette forme courbe du profil principal 110 est visible notamment sur les figures 6 et 9.
[0063] Les plateformes 20 sont mobiles en rotation entre une première position et au moins une deuxième position. La première position des plateformes 20 est représentée sur les figures 4 à 7, et est adoptée lorsque les aubes 13 sont dans la position alignée. La deuxième position des plateformes 20 est représentée sur les figures 8 à 10, et est adoptée lorsque les aubes 13 sont dans la position calée.
[0064] Une plateforme 20 dans la première position va être décrite en référence aux figures 2 et 4 à 7, sur lesquelles une seule plateforme 20 est visible, étant entendu qu'une plateforme 20 est disposée en vis-à-vis de chaque aube 13.
[0065] Sur la figure 2 la plateforme 20 est représentée en coupe de manière simplifiée, sans représenter les éventuelles irrégularités dans sa surface principale 210, telles que des rainures ou ailette décrites plus bas. La plateforme 20 est intégrée à la paroi du moyeu 11. Dans la configuration représentée sur la figure 2, sa surface principale 210 affleure le profil principal 110 du moyeu 11. [0066] La surface principale 210 de la plateforme 20 correspond à la face supérieure de la plateforme 20 en contact avec le flux de gaz, et aux portions dites « régulières » de la plateforme 20, ne comportant pas de protubérance telle qu'une ailette ou de renfoncement telle qu'une rainure. La surface principale 210 présente ainsi un profil identique au profil principal 110 du moyeu 11. En d'autres termes, la surface principale 210 présente une courbure identique à la courbure du profil principal 110 du moyeu 11, de telle sorte que dans la première position, la surface principale 210 s'intégre totalement dans le profil principal 110 et dans la continuité de ce dernier, comme représenté sur la figure 6 notamment.
[0067] On comprend que le nombre de plateforme 20 que comprend le moyeu 11 est égale au nombre d'aubes 13 que comprend le stator 10, une plateforme 20 étant disposée au regard de l'extrémité libre 134 de chaque aube 13. Le diamètre d'une plateforme 20 présente une valeur comprise entre 30 et 100% de la longueur de la corde de l'aube 13 à son extrémité libre 134. Par exemple, pour une corde comprise entre 30 mm et 100 mm, le diamètre de la plateforme 20 peut être compris entre 30 mm et 70 mm.
[0068] Une plateforme 20 est représentée sur la figure 4 dans une vue du dessus selon son centre de rotation, c'est à dire la direction radiale R, l'aube 13 étant masquée. La plateforme 20 est circulaire d'axe de rotation coaxial à la direction radiale R ou parallèle à celle-ci. En d'autres termes, la plateforme 20 tourne autour du même axe de rotation que l'aube 13, ou un axe parallèle mais à proximité de ce dernier.
[0069] Pour clarifier la description, on découpe virtuellement et par convention la circonférence de la plateforme 20 en quatre rebords, un premier rebord A, un deuxième rebord B diamétralement opposé au premier rebord, un troisième rebord C et un quatrième rebord D diamétralement opposé au troisième rebord C.
[0070] Dans cet exemple, la plateforme 20 comprend trois rainures 22 longitudinales. Cet exemple n'est toutefois pas limitatif, la plateforme 20 pouvant comprendre un nombre supérieur ou inférieur de rainures 22. Une rainure 22 est une fente creusée dans la plateforme 20, qui constitue donc un renfoncement par rapport à la surface principale 210.
[0071] Chaque rainure 22 s'étend principalement selon un axe principal P, qui est une direction longitudinale de la rainure, entre le troisième rebord C et le quatrième rebord D. Ainsi, chaque rainure comprend deux côtés latéraux 222 s'étendant longitudinalement parallèlement à l'axe principal P, et deux extrémités longitudinales 224 s'étendant perpendiculairement aux côté latéraux et ayant une longueur inférieure à ces derniers. Les côtés latéraux 222 peuvent par exemple s'étendre sur une longueur comprise entre 70 et 90% du diamètre de la plateforme 20, par exemple sur 50 mm. La largeur des extrémités longitudinales 224 peut être comprise entre 1,5 et 5 mm. Les trois rainures 22 sont disposées parallèlement les unes aux autres, leurs axes principaux P respectifs étant parallèles entre eux. De préférence, une distance entre deux rainures 22 adjacentes est supérieure à 1 mm.
[0072] On notera que les rainures 22 comprennent un fond 226 qui est de préférence courbe, de telle sorte que le fond 226 relie les extrémités longitudinales 224 de manière continue. Plus précisément, le fond 226 s'étend depuis une extrémité longitudinale 224 de la rainure, du côté du troisième rebord C par exemple, au même niveau que la surface principale 210 (c'est-à-dire à la même hauteur), s'enfonce progressivement par rapport au niveau de la surface principale 210 jusqu'à une profondeur maximale, puis remonte progressivement jusqu'à l'extrémité longitudinale 224 opposée du côté du quatrième rebord D. Cette configuration est bien visible sur la figure 8, et permet de perturber le moins possible l'écoulement du flux de gaz F lorsque la plateforme 20 est dans la première position. De préférence, la profondeur des rainures 22 est telle qu'un ratio profondeur/largeur (où la largeur est la largeur des extrémités longitudinales 224) est compris entre 1 et 2. En d'autres termes, la profondeur peut être comprise entre 1,5 mm et 10 mm, de préférence entre 2 mm et 6 mm.
[0073] La plateforme 20 comprend en outre une ailette 24 faisant saillie depuis la surface principale 210. L'ailette 24 est disposée entre le premier rebord A de la plateforme 20 et un côté latéral 222 d'une des rainures 22. Elle présente une forme allongée dans la direction de l'axe principal P de ladite rainure 22.
[0074] L'ailette 24 comprend un plan incliné 242 s'étendant depuis une base 241 jusqu'à un sommet 244. La base 241 se trouve au même niveau (c'est-à-dire à la même hauteur) que la surface principale 210 et s'étend parallèlement au côté latéral 222 en étant adjacente à celui-ci. Le sommet 244 est surélevé par rapport à la surface principale 210, le plan incliné 242 formant ainsi une pente reliant la surface principale 210, au niveau de la base 241, au sommet 244.
[0075] Un bord 246 de l'ailette 24 est adjacent au premier rebord A, et peut même être confondu avec celui-ci, en suivant la courbure dudit premier rebord A de la plateforme 20. En d'autres termes, le bord 246 de l'ailette 24 présente une forme en arc de cercle de rayon égal au rayon de la plateforme 20. Le bord 246 forme un muret abrupt permettant de compenser, dans la première position de la plateforme 20, la différence de hauteur entre le sommet 244 et le plan principal 110 du moyeu 11. En outre, dans cet exemple, le sommet 244 est une surface reliant le haut du plan incliné 242 et l'extrémité supérieure du bord 246. Typiquement, une hauteur h de l'ailette, correspondant à la hauteur maximale entre le sommet 244 et la surface principale 210 (ou le plan principal 110 lorsque la plateforme 20 est dans la première position), en d'autres termes la hauteur maximale du muret formé par le bord 246, est déterminée de manière à être comprise entre 0,5 et 3 fois l'épaisseur de la couche limite en amont de la plateforme 20, de préférence égale à ladite couche limite.
[0076] Dans la première position, la plateforme 20 est orientée de telle sorte que les rainures 22 longitudinales soient alignées avec l'axe central X. En d'autres termes, l'axe principal P des rainures 22 est parallèle à l'axe central X. Le troisième rebord C et le quatrième rebord D sont également alignés avec l'axe central X et le flux de gaz F incident. En d'autres termes, le quatrième rebord D est dans l'alignement du troisième rebord C et en aval de celui-ci par rapport à l'axe central X et au sens du flux de gaz F, et le diamètre joignant les rebords C et D est parallèle à l'axe central X. Dans cette première position, les deuxième, troisième et quatrième rebords B, C et D affleurent le profil principal 110 du moyeu 11, et sont donc disposés dans la continuité de celui-ci.
[0077] Par ailleurs, l'ailette 24 est agencée sur le côté de l'aube 13, notamment du côté extrados 131 de celle-ci. En d'autres termes, l'ailette 24 est disposée entre l'aube 13 visible sur les figures, et l'intrados de l'aube adjacente (non visible). Ainsi, le bord 246 de l'ailette 24, au premier rebord A, faisant saillie par rapport au profil principal 110, forme un muret entre ces deux aubes 13 adjacentes, bloquant les écoulements de passage entre ces aubes adjacentes, lorsque celles-ci sont en position alignée.
[0078] La plateforme 20 dans la deuxième position va ensuite être décrite en référence aux figures 8 à 10.
[0079] La deuxième position est obtenue par une rotation de la plateforme 20, typiquement de 90°, depuis la première position, de telle sorte que le premier rebord A, et donc l'ailette 24, soient à une extrémité aval de la plateforme 20 selon le sens de l'écoulement du flux de gaz F.
[0080] Dans la deuxième position, les rainures 22 longitudinales sont de préférence disposées perpendiculairement à l'axe central X. Plus précisément, l'axe principal P des rainures 22 est perpendiculaire à l'axe central X. De préférence, dans cette position, l'axe principal P des rainures 22 forment un angle par rapport à la direction G de la corde des aubes compris entre 10° et 50°, typiquement 30°. En outre, le premier rebord A et le deuxième rebord B sont alignés avec l'axe central X, et le troisième rebord C et le quatrième rebord D sont disposés de part et d'autre de l'axe central X. En d'autres termes, le premier rebord A est dans l'alignement du deuxième rebord B et en aval de celui- ci par rapport à l'axe central X et au sens du flux de gaz F, et le diamètre joignant les bords C et D est perpendiculaire à l'axe central X.
[0081] Compte tenu de la forme bombée du profil principal 110 et de la plateforme 20, le troisième rebord C et le quatrième rebord D qui affleuraient le profil principal 110, dans la première position de la plateforme 20, sont désormais surélevés par rapport au profil principal 110, dans la deuxième position de la plateforme 20.
[0082] En effet, compte tenu de la forme convexe du profil principal 110, en prenant pour référence un axe parallèle à l'axe central X et passant par le centre de la plateforme, une hauteur du profil principal 110 du moyeu 11 est maximale le long de cet axe, et diminue à mesure que l'on s'éloigne de cet axe, perpendiculairement à celui-ci.
[0083] Selon ce repère, la région du profil principal 110 disposée dans l'alignement des rebords A et B (figure 8) est plus élevée que les régions du profil principal 110 adjacentes aux rebords C et D. Les rebords C et D étant à la même hauteur que le profil principal 110, dans la première position (figure 6), sont donc surélevés par rapport à celui-ci, dans la deuxième position (figure 9).
[0084] Comme illustré sur la figure 9, représentant la plateforme 20 dans la deuxième position dans une vue de face du côté amont, le troisième rebord C et le quatrième rebord D forment ainsi une protubérance 211, 212 respectivement, faisant saillie par rapport au profil principal 110 du moyeu 11.
[0085] De la même façon, le deuxième rebord B, qui affleurait la surface principale 110 du moyeu 11 dans la première position, dans une région de hauteur moins élevée dudit profil principal 110 de forme convexe selon le référentiel défini ci-dessus (figure 6 dans une vue de face), se trouve renfoncé par rapport au profil principal 110 après rotation de la plateforme 20 de 90° vers la deuxième position (figure 10 dans une vue latérale). Ainsi, au niveau du deuxième rebord B, une marche 25 est créée entre une extrémité 213 de la plateforme 20 et un contour 113 du profil principal 110 du moyeu 11.
[0086] La rotation de la plateforme 20 de la première position vers la deuxième position permet ainsi de créer, en plus des rainures 22 usinées dans la plateforme 20, une quatrième rainure qui n'était pas présente dans la première position, au niveau du deuxième rebord B disposé en amont de la plateforme 20. Cette quatrième rainure est formée par la marche 25 qui est descendante selon le sens d'écoulement du flux de gaz F, et se trouve de préférence à 10% (+/- 5%) de la corde de l'aube 13, depuis le bord d'attaque 136.
[0087] En revanche, l'ailette 24 qui formait une protubérance par rapport au profil principal 110 du moyeu 11, dans la première position (figure 6), et était disposée entre deux aubes adjacentes, ne fait désormais plus saillie par rapport audit profil principal 110, dans la deuxième position (figure 10), et est disposée en aval de la plateforme 20 par rapport au sens d'écoulement du flux de gaz F. Plus précisément, le bord 246 est « rentré » dans le moyeu 11, de telle sorte que le sommet 244 affleure le profil principal 110. En outre, le plan incliné 242 constitue une pente douce montante depuis la surface principale 210 de la plateforme 20 vers le profil principal 110 du moyeu 11.
[0088] Ainsi, dans un procédé de modification du calage des aubes 13 du stator 10 à calage variable, une unité de calcul (non représentée) contrôle à la fois la base 132 des aubes et les plateformes 20. Les plateformes 20 peuvent notamment être pivotées par un actionneur électrique ou hydraulique, par exemple. Le procédé comprend ainsi la détection de l'angle de calage des aubes 13 par l'unité de calcul. Lorsqu'il est détecté que les aubes 13 sont dans la position alignée, l'unité de calcul positionne les plateformes 20 dans la première position. Lorsqu'il est détecté que les aubes 13 sont dans la position calée, l'unité de calcul contrôle les plateformes 20 pour les pivoter et les positionner dans la deuxième position.
[0089] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. [0090] Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Stator (10) de turbomachine s'étendant autour d'un axe central (X) et comprenant :
- une paroi interne (11) et une paroi externe (12) délimitant une veine (V) annulaire,
- une pluralité d'aubes (13) à calage variable, chaque aube (13) s'étendant radialement dans la veine annulaire entre une base (132) fixée de manière mobile à l'une de la paroi interne ou de la paroi externe (11, 12), et une extrémité libre (134),
- l'autre de la paroi interne ou de la paroi externe (11, 12) comprenant un profil principal (110, 120) et au moins une plateforme (20) circulaire agencée en vis-à-vis de l'extrémité libre (134) d'une des aubes, la plateforme (20) comprenant une surface principale (210) et au moins une rainure (22) longitudinale, la plateforme (20) étant mobile en rotation par rapport au profil principal (110, 120) entre une première position dans laquelle un axe principal (P) de la rainure (22) est sensiblement parallèle à l'axe central (X), et au moins une deuxième position dans laquelle l'axe principal (P) est transversal à l'axe central (X).
[Revendication 2] Stator (10) selon la revendication 1, dans lequel, dans la deuxième position, l'axe principal (P) de la rainure est perpendiculaire à l'axe central (X).
[Revendication 3] Stator (10) selon la revendication 1 ou 2, configuré de telle sorte que, lorsqu'un angle de calage (P) entre une corde (G) de l'aube (13) à l'extrémité libre (134) et l'axe central (X) est compris entre 0 et 20°, la plateforme (20) est disposée dans la première position, et lorsque l'angle de calage (P) est compris entre 40 et 80°, la plateforme (20) est disposée dans la deuxième position.
[Revendication 4] Stator (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la paroi interne (11) comprend la plateforme (20), et dans lequel, dans la première position, la surface principale (210) de la plateforme (20) affleure le profil principal (110) de la paroi interne (11).
[Revendication 5] Stator (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la plateforme (20) comprend au moins une ailette (24) faisant saillie depuis la surface principale (210), s'étendant entre un premier rebord (A) de la plateforme (20) et un côté latéral (222) de la au moins une rainure (22), et ayant une forme allongée dans la direction de l'axe principal (P) de ladite rainure (22).
[Revendication 6] Stator (10) selon la revendication 4 et la revendication 5, dans lequel l'ailette (24) comprend un plan incliné (242) s'étendant depuis une base (241) sur la surface principale (210) jusqu'à un sommet (244), la base (241) du plan incliné (242) étant adjacente au côté latéral (222) de la rainure (22) et le sommet (244) étant adjacent au premier rebord (A) de la plateforme (20), de telle sorte que dans la première position, le sommet (244) fait saillie par rapport au profil principal (110) de la paroi interne (11), et dans la deuxième position, le sommet (244) affleure ledit profil principal (110).
[Revendication 7] Stator (10) selon la revendication 5 et l'une quelconque des revendications 4 ou 6, dans lequel, dans la deuxième position, un deuxième rebord (B) de la plateforme (20) disposé à une extrémité de la plateforme diamétralement opposée au premier rebord (A), est renfoncé par rapport audit profil principal (110).
[Revendication 8] Stator (10) selon la revendication 4 et l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel, dans la deuxième position, des troisième et quatrième rebords (C, D) de la plateforme (20), situés d'un côté des extrémités longitudinales (224) de la rainure (22), font saillie par rapport au profil principal (110).
[Revendication 9] Stator (10) l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant au moins trois rainures (22) longitudinales parallèles entre elles.
[Revendication 10] Stator (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, le stator (10) étant une roue directrice d'entrée d'un compresseur de turbomachine, la paroi interne (11) étant un moyeu et la paroi externe (12) étant un carter externe.
[Revendication 11] Turbomachine (100) comprenant un stator (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 12] Procédé de modification du calage des aubes (13) d'un stator (10) à calage variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, le procédé comprenant la détection de l'angle de calage (P) des aubes (13) et, lorsque les aubes (13) sont dans une position alignée, le positionnement de la plateforme (20) dans la première position, et lorsque les aubes (13) sont dans une position calée, le positionnement de la plateforme (20) dans la deuxième position.
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