FR2931521A1 - Couvercle de compresseur a butee axiale. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un couvercle (100) de compresseur centrifuge d'une turbine à gaz, comportant une extrémité amont et une extrémité aval (100b), ledit compresseur comprenant : - un carter (30) présentant un bord amont et un bord aval (34), - un rouet à pales (20) monté rotatif dans ledit carter, ledit couvercle étant destiné à couvrir les pales du rouet de façon à définir une surface extérieure d'une veine de gaz s'étendant entre les bords amont et aval du carter, tout en étant fixé au bord amont du carter par son extrémité amont tandis que son extrémité aval demeure libre. L'invention se caractérise par le fait que le couvercle (100) comporte en outre une butée (102) destinée à limiter le déplacement axial de l'extrémité aval (100b) par rapport au bord aval (34) du carter lors du fonctionnement du compresseur.

Description

La présente invention a trait au domaine des turbines à gaz, notamment celles que l'on trouve dans les turbomachines, par exemple mais pas uniquement les turbomoteurs d'hélicoptères ou les turboréacteurs pour avions.

La présente invention concerne plus précisément l'étage de compression de telles turbines à gaz. Plus précisément encore, la présente invention concerne un couvercle de compresseur centrifuge d'une turbine à gaz, comportant une extrémité amont et une extrémité aval, ledit compresseur comprenant : - un carter présentant un bord amont et un bord aval, - un rouet à pales monté rotatif dans ledit carter, ledit couvercle étant destiné à couvrir les pales du rouet de façon à définir une surface extérieure d'une veine de gaz s'étendant entre les bords amont et aval du carter, tout en étant fixé au bord amont du carter par son extrémité amont tandis que son extrémité aval demeure libre. Classiquement, le compresseur est disposé entre une entrée d'air frais et une chambre de combustion, le rôle du compresseur étant de comprimer l'air frais entrant dans la turbine à gaz et d'amener cet air comprimé dans la chambre de combustion pour y être mélangé avec du carburant.

Par ailleurs, il est connu que le rouet comporte une pluralité de pales s'étendant globalement radialement depuis un moyeu du rouet, lequel est fixé à un arbre rotatif de la turbine à gaz. Ainsi le flux de gaz entre-t-il tout d'abord dans le carter du compresseur par une entrée amont, puis s'écoule dans la veine de gaz délimitée entre sa surface extérieure définie par le couvercle et sa surface intérieure définie par une surface du moyeu du rouet tout en étant comprimé et entraîné en rotation autour de l'axe du rouet, avant d'être évacué par une sortie aval du compresseur, étant précisé que les termes amont et aval sont pris en référence au sens de circulation du gaz dans la veine de gaz du compresseur. Généralement, le flux de gaz comprimé sortant du rouet pénètre ensuite dans un diffuseur avant d'entrer dans la chambre de combustion. On comprend donc que le couvercle définit la surface extérieure de la veine, la surface intérieure de celle-ci étant quant à elle formée par une surface du moyeu du rouet d'où s'étendent les pales.

Dans un souci de maîtrise du comportement thermo-mécanique du couvercle, son extrémité aval demeure généralement libre, c'est-à-dire qu'elle peut ne pas être fixée au bord aval du carter. Cette configuration permet en effet d'éviter une fixation hyperstatique 5 du couvercle qui serait potentiellement dommageable à la maîtrise des jeux entre le rouet et le couvercle. Cependant, cette solution n'est pas optimale : certains comportements dégradés du compresseur, tel par exemple le pompage ou d'autres phénomènes instables peuvent apparaître et conduire à des variations 10 brutales de pression dans le rouet du compresseur. Dans la mesure où l'extrémité aval du couvercle est libre, on comprend que ce dernier peut se déformer légèrement du fait des variations de pression dans le compresseur, une telle déformation pouvant conduire le couvercle à venir en contact avec les pales du rouet. En effet, lorsque la 15 pression dans le compresseur devient inférieure à celle existant à l'extérieur du couvercle, ce dernier tend à se déformer et à venir en contact des pales du rouet. Cette déformation peut également être due aux vibrations. Bien évidemment, il est tout à fait néfaste tant pour le couvercle que pour le rouet, que le couvercle vienne toucher les pales du rouet, un tel 20 contact pouvant en effet endommager sérieusement le compresseur. Un tel phénomène peut également se rencontrer lors du fonctionnement en conditions extrêmes de la turbine à gaz. Une solution à ce problème est d'augmenter le jeu existant entre le couvercle et les pales du rouet. Cependant, une telle solution présente 25 l'inconvénient de baisser le rendement du compresseur et, par voie de conséquence, de diminuer les performances de la turbine à gaz. Un but de l'invention est donc de proposer un couvercle permettant d'éviter le contact avec les pales du rouet lors d'un fonctionnement dégradé du compresseur. 30 L'invention atteint son but par le fait que le couvercle comporte en outre une butée destinée à limiter le déplacement axial de l'extrémité aval du couvercle par rapport au bord aval du carter lors du fonctionnement du compresseur. De préférence, la butée est disposée à l'extrémité aval du couvercle.

Grâce à la butée conforme à l'invention, le déplacement axial de l'extrémité aval du couvercle est limité. L'extrémité aval du couvercle et le bord aval du carter sont arrangés de telle sorte que lorsque l'extrémité aval du couvercle vient en butée contre le bord aval du carter, il existe encore un jeu entre les pales du rouet et le couvercle, en conséquence de quoi le contact est avantageusement évité. De préférence, on monte le couvercle tout en laissant un jeu axial calibré entre l'extrémité aval du couvercle et le bord aval du carter. Avantageusement, la butée, de préférence annulaire, forme une extension radiale s'étendant depuis l'extrémité aval du couvercle. Elle s'étend donc orthogonalement par rapport à un axe du rouet lorsque le couvercle est monté. Selon une variante, la butée est constituée d'une pluralité de languettes radiales. La butée recouvre donc radialement une portion circonférentielle du bord du carter. De préférence, l'extrémité aval du couvercle comporte en outre une extension axiale formant une nervure annulaire apte à venir presque effleurer le bord aval du carter lorsque le couvercle est monté. Un intérêt de cette extension axiale est de mieux guider l'écoulement de l'air en aval du rouet. On prévoit donc un faible jeu radial calibré entre l'extrémité aval du couvercle et une extrémité intérieure du bord aval du carter de manière à limiter les accidents de forme dans la veine d'air, néfastes pour le rendement du compresseur.

La présente invention concerne également un compresseur comportant un couvercle conforme à l'invention. La présente invention concerne enfin une turbine à gaz, notamment d'hélicoptère, comportant un ou plusieurs compresseurs conformes à la présente invention.

L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, d'un mode de réalisation indiqué à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1A est une vue en coupe d'un turbomoteur d'hélicoptère comportant un compresseur muni d'un couvercle de l'art antérieur ; - la figure 1B est une vue de détail du couvercle de la figure 1A; et - la figure 2 représente l'extrémité aval d'un couvercle conforme à la présente invention. La figure 1A est une vue d'ensemble en coupe d'un turbomoteur d'hélicoptère 10 connu par ailleurs. Dans cet exemple, le turbomoteur 10 est constitué d'une turbine à gaz qui comporte un compresseur 12, également appelé étage de compression, une entrée d'air 14 pour l'admission d'air frais dans le compresseur 12 ainsi qu'une chambre de combustion 16 dans laquelle a lieu la combustion d'un mélange de carburant et d'air comprimé par le compresseur 12.

Le turbomoteur 10 comporte en outre une turbine 18 fixée à un rouet à pales 20 du compresseur 12 par l'entremise d'un arbre 22, laquelle turbine 18, mise en mouvement par le flux de gaz brûlés sortant de la chambre de combustion 16, entraîne en rotation le rouet 20. Enfin, le turbomoteur 10 comprend en outre une turbine libre 24 qui est entraînée en rotation par le flux de gaz sortant de la turbine 18, ladite turbine libre permettant quant à elle d'entraîner en rotation les rotors de l'hélicoptère (non représenté ici). Le rouet à pales 20, du type rouet centrifuge, est bien connu par ailleurs. Il comporte un moyeu 26 d'où s'étendent radialement une pluralité de pales 28 pouvant présenter des formes courbes, dont les extrémités radiales sont contenues dans une enveloppe géométrique qui présente la forme d'un hyperboloïde de révolution. Le rouet 20 présente par ailleurs un axe de rotation A et le terme "axial" sera considéré en référence à cet axe. Par ailleurs, le compresseur 12 comporte un carter 30 qui forme de préférence une partie constitutive du carter du turbomoteur 10. Le carter 30 est la structure qui maintient les éléments du compresseur ; à ce titre, le rouet 20 est monté rotatif dans le carter 30. Ce carter 30 présente un bord amont 32 et un bord aval 34, étant précisé que les termes amont et aval sont considérés en référence au sens d'écoulement du flux de gaz à l'intérieur du compresseur 20. Le sens d'écoulement est illustré par les flèches F sur les différentes figures. À l'aide de la figure 1B, on comprend que le flux de gaz F entre axialement dans le rouet à pales 20 par une entrée amont 33 et en sort radialement par une sortie 35 proche du bord aval 34 du carter 30 avant de pénétrer dans un diffuseur 36. Le bord aval 34 du carter 30 est constitué ici par un bord amont du diffuseur 36. On comprend que le flux de gaz circule entre les pales 28 du rouet 20 dans une veine de gaz 38 s'étendant entre le bord amont 32 et le bord aval 10 34 du carter 30. On constate également que la veine 38 est délimitée entre une surface 26a constituée par le moyeu 26, de laquelle s'étendent les pales 28 et un couvercle 40 définissant une surface extérieure de la veine 38. Autrement dit, le couvercle 40 couvre les pales 28 du rouet 20 de 15 sorte qu'il s'étend entre le bord amont 32 du carter et le bord aval 34 du carter 30 tout en épousant sensiblement la forme de l'enveloppe géométrique mentionnée ci-dessus. Autrement dit, il existe un faible jeu entre chacune des pales 28 et ce couvercle 40. Plus précisément, le couvercle 40 comporte une extrémité amont 40a 20 et une extrémité aval 40b, l'extrémité amont 40a étant fixée au bord amont 32 du carter par l'intermédiaire d'un organe de fixation 42, tandis que l'extrémité aval 40b est libre. En d'autres termes, l'extrémité aval 40b du couvercle 40 n'est pas fixée au bord aval 34 du carter 30. 25 En revanche, on constate que le bord aval 34 du carter 30 est dans la continuité de l'extrémité aval 40b du couvercle 40. Dans la mesure où le couvercle 40 n'est fixé au carter que par le bord amont 32, on comprend qu'il est susceptible de se déformer, essentiellement au niveau de son extrémité aval libre 40b. 30 A l'aide de la figure 2, qui illustre un détail d'un turbomoteur selon l'invention, on va maintenant décrire un couvercle 100 d'un compresseur centrifuge 200 conforme à la présente invention, les autres pièces constitutives du turbomoteur 10 étant identiques à celles décrites précédemment et portant les mêmes références numériques.

Comme on le voit sur la figure 2, par rapport à celle de l'art antérieur, l'extrémité aval 1OOb du couvercle 100 selon l'invention, comporte en outre, une butée 102 formant une extension radiale qui s'étend orthogonalement par rapport à l'axe A du rouet 20.

Cette butée 102, qui est préférentiellement annulaire, est destinée à limiter le déplacement axial de l'extrémité aval 1OOb du couvercle 100. Pour ce faire, la butée 102 comporte une face de contact 103 apte à venir en appui contre le bord aval 34 du carter 30 si l'extrémité aval 1OOb du couvercle 100 fléchit vers les pales 28 du rouet, en sorte que le couvercle 100 ne puisse se déformer davantage, grâce à quoi on évite avantageusement tout contact entre le couvercle 100 et les pales 28 du rouet 20. De préférence, la nervure annulaire 106 est arrangée de telle sorte qu'elle présente une hauteur radiale supérieure à celle du bord de fuite des pales. En fonctionnement normal, on prévoit un jeu axial Ja entre la face de contact 103 et le bord aval 34 du carter 30. Comme on le voit sur la figure 2, l'extrémité aval 1OOb du couvercle 100 comporte également un renflement axial 104 s'étendant dans un sens opposé à celui de la face de contact 103. Ce renflement axial présente une forme annulaire et a pour rôle de renforcer la tenue mécanique de la butée 102 sur laquelle s'exercent des contraintes mécaniques lorsqu'elle vient en contact avec le bord aval 34 du carter 30. Par ailleurs, l'extrémité aval 1OOb comporte en outre une extension axiale 106 présentant la forme d'une nervure annulaire, qui est destinée à venir quasiment effleurer le bord aval 34 du carter 30. Plus précisément, on prévoit un faible jeu radial Jr entre cette nervure annulaire 106 et le bord aval 34 de manière à éviter que le flux de gaz ne soit perturbé dans l'interstice existant entre l'extrémité aval 1OOb du couvercle 100 et le bord aval 34 du carter 30. De préférence, la surface interne du couvercle 100, côté rouet, est recouverte d'un matériau abradable, connu par ailleurs, afin d'éviter d'endommager le couvercle et les pales lors d'éventuels contacts entre eux.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Couvercle (100) de compresseur centrifuge d'une turbine à gaz, comportant une extrémité amont (40a) et une extrémité aval (100b), ledit compresseur comprenant : - un carter (30) présentant un bord amont (32) et un bord aval (34), - un rouet à pales (20) monté rotatif dans ledit carter, ledit couvercle étant destiné à couvrir les pales (28) du rouet de façon à définir une surface extérieure d'une veine de gaz (38) s'étendant entre les bords amont et aval du carter, tout en étant fixé au bord amont (32) du carter par son extrémité amont tandis que son extrémité aval (100b) demeure libre, caractérisé en ce que le couvercle comporte en outre une butée (102) destinée à limiter le déplacement axial de son extrémité aval (100b) par rapport au bord aval (34) du carter lors du fonctionnement du compresseur.
2. 2. Couvercle de compresseur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que la butée (102) forme une extension radiale s'étendant depuis l'extrémité aval du couvercle.
3. 3. Couvercle de compresseur centrifuge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la butée (102) est annulaire.
4. 4. Couvercle de compresseur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la butée (102) est constituée d'une pluralité de languettes radiales.
5. 5. Couvercle de compresseur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité aval (100b) du couvercle comporte en outre une extension axiale (106) formant une nervure annulaire.
6. 6. Compresseur centrifuge (200) d'une turbine à gaz comportant un couvercle (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
7. 7. Turbine à gaz comportant un compresseur centrifuge (200) selon la revendication 6.