FR2933150A1 - Etage redresseur dans un compresseur de turbomachine - Google Patents

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Abstract

Etage redresseur (52) pour un compresseur de turbomachine, comprenant deux viroles interne (24) et externe (26) coaxiales, et des pales radiales (14) s'étendant entre les viroles (24, 26) et raccordées par leurs extrémités (30) aux viroles, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément raidisseur (54) fixé sur la virole externe (26).

Description

Etage redresseur dans un compresseur de turbomachine
La présente invention se rapporte à un compresseur dans une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, et concerne plus particulièrement un étage redresseur comprenant deux viroles interne et externe coaxiales, dont la première est destinée à coopérer avec des léchettes portées par un arbre tournant de manière à former un joint à labyrinthe et dont la seconde est reliée à un carter de la turbomachine, et des pales radiales s'étendant entre les viroles et raccordées par leurs extrémités aux viroles, par exemple par brasage. Ce type d'étage redresseur, que l'on trouve par exemple dans le compresseur haute pression d'un turboréacteur à double flux, peut être formé de secteurs montés circonférentiellement bout à bout autour de l'axe de la turbomachine, ou être monobloc.
Un inconvénient de ce type de redresseur est que la virole externe se déforme avec le carter auquel cette virole est reliée, ce qui se traduit par des niveaux élevés de contraintes aux extrémités radialement externes des pales, de nature à occasionner des criques, notamment au niveau du bord de fuite de ces pales.
Des solutions ont été proposées, afin de réduire le niveau de ces contraintes aux extrémités des pales. Une solution connue consiste en un épaississement de la virole externe, de préférence sur toute la circonférence de cette virole, pour réduire ses déformations.
Toutefois, cela conduit à une augmentation considérable de la masse de la virole externe, de nature à pénaliser les performances de la turbomachine. De plus, l'épaississement de la virole externe rend difficile la fixation des pales par brasage et requiert des opérations coûteuses de lamage par électro-érosion pour réduire l'épaisseur de la virole dans les zones de brasage des extrémités des pales, de sorte qu'une telle virole externe présente un surcoût global de l'ordre de 50%. Une autre solution connue pour limiter les risques d'apparition de criques consiste en une modification de la géométrie des pales, mais cela conduit à une réduction des performances aérodynamiques du compresseur et à un surcoût de conception considérable. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème, permettant d'éviter les inconvénients de la technique connue. Elle a en particulier pour but d'accroître la rigidité de la virole externe 10 d'un étage redresseur pour réduire le niveau des contraintes aux extrémités radialement externes des pales, et réduire ainsi les risques d'apparition de criques sur les pales. Elle a également pour but d'avoir un faible impact sur la masse et le coût de l'étage redresseur. 15 L'invention propose à cet effet un étage redresseur pour un compresseur de turbomachine, comprenant deux viroles interne et externe coaxiales, et des pales radiales s'étendant entre les viroles et raccordées par leurs extrémités aux viroles, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément raidisseur fixé sur la virole externe. 20 L'élément raidisseur permet de rigidifier la virole externe, de diminuer ses déformations et ainsi de réduire les contraintes aux extrémités des pales reliées à cette virole externe, sans augmenter l'épaisseur de la virole externe qui reste compatible avec une fixation des pales par brasage et ne nécessite pas d'opérations d'amincissement local de la virole. 25 L'élément raidisseur est de préférence un panneau de tôle fixé sur les bords amont et aval de la virole externe et formant un caisson rigidifiant autour de cette virole. Cette configuration permet d'améliorer la rigidité de la virole sans alourdir notablement l'étage redresseur. 30 Selon une autre caractéristique de l'invention, les bords amont et aval de l'élément raidisseur sont fixés à la virole externe par brasage.
En variante, ces bords peuvent être fixés par soudage, ou d'une manière générale, par tout moyen adéquat. La partie aval de la virole externe comporte avantageusement une gorge annulaire ouverte vers l'amont et destinée à recevoir un bord aval de 5 l'élément raidisseur. La gorge annulaire permet de faciliter et d'améliorer la fixation du bord aval de l'élément raidisseur. Le bord amont de l'élément raidisseur repose par exemple sur un rebord annulaire externe de la partie amont de la virole. 10 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément raidisseur comporte des ajours, de préférence à bords tombés. Ces ajours permettent notamment d'accroître la rigidité de l'élément raidisseur tout en réduisant sa masse, et de faciliter l'accès à l'intérieur du caisson rigidifiant, notamment pour l'inspection des zones de brasage des 15 pales sur la virole externe, par exemple par endoscopie. Avantageusement, les ajours de l'élément raidisseur sont situés en regard des pales et ont une forme sensiblement identique à celle de l'extrémité radialement externe de ces pales. Cela permet de faciliter encore l'inspection des zones de brasage 20 des pales sur la virole externe. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément raidisseur est réalisé dans le même matériau que la virole externe. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, l'élément raidisseur s'étend circonférentiellement sur toute la longueur de la virole 25 externe. Ce mode de réalisation est compatible avec des étages redresseurs sectorisés mais également avec des étages redresseurs monoblocs. L'élément raidisseur peut comprendre plusieurs panneaux de tôle disjoints fixés sur la virole externe, notamment pour faciliter le montage de 30 l'élément raidisseur et réduire le coût de sa fabrication. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, la virole externe est formée de secteurs montés bout à bout et des éléments raidisseurs sont fixés uniquement sur les parties d'extrémité des secteurs de la virole externe. Ce mode de réalisation concerne un étage redresseur sectorisé, et propose de rigidifier uniquement les parties d'extrémité de la virole externe de chaque secteur, qui sont les zones de plus forts niveaux de contrainte statique. L'invention concerne également un compresseur de turbomachine comprenant au moins un étage redresseur du type décrit ci-dessus.
Elle concerne encore une turbomachine comprenant un compresseur du type décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un compresseur haute-pression dans une turbomachine selon l'art antérieur ; la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective d'un étage redresseur dans un compresseur haute-pression selon l'invention ; la figure 3 est une vue schématique partielle en perspective d'un élément raidisseur de l'étage redresseur de la figure 2, cet élément étant à l'état libre. La figure 1 montre une partie d'un compresseur haute-pression 10 dans un turboréacteur d'avion d'un type connu, ce compresseur comprenant des rangées annulaires d'aubes mobiles portées par des disques de rotor et destinées à comprimer un flux primaire de gaz s'écoulant de l'amont vers l'aval, et des rangées annulaires de pales radiales fixes, appelées couramment étages redresseurs, intercalées entre les aubes mobiles et destinées à guider le flux primaire de gaz.
Les étages redresseurs sont habituellement numérotés de manière croissante de l'amont vers l'aval du compresseur. La figure 1 montre en particulier le quatrième étage redresseur 12 du compresseur haute-pression 10, comprenant une rangée annulaire de pales radiales 14, intercalée entre deux rangées annulaires d'aubes mobiles 16 et 18 portées par des disques de rotor 20 et 22. L'étage redresseur 12 est formé par exemple de dix secteurs montés circonférentiellement bout à bout et comprenant deux viroles coaxiales, respectivement interne 24 et externe 26, auxquelles sont raccordées les extrémités des pales radiales 14. La virole externe 26 comprend une partie amont cylindrique 28 dans laquelle sont brasées les extrémités radialement externes 30 des pales 14, et une partie aval tronconique 32 à l'extrémité de laquelle est formée une bride annulaire 34 fixée par des boulons 36 à une bride annulaire 38 d'un élément de carter 40 du compresseur 10. La partie cylindrique 28 comporte à son extrémité amont un rebord annulaire radialement externe 42 engagé dans une gorge annulaire 44 de l'élément de carter 40. La virole interne 24 comprend une paroi cylindrique 46 dans laquelle sont brasées les extrémités radialement internes des pales 14, et un anneau radialement interne 48 de matière abradable, fixé à la paroi cylindrique 46, et coopérant avec des léchettes 50 du rotor pour former un joint à labyrinthe, d'une manière connue. Pour réduire les contraintes mécaniques aux extrémités radialement externes 30 des pales 14 dues aux déformations de la virole externe 26, l'invention propose de rigidifier la virole externe 26 au moyen d'un ou plusieurs éléments raidisseurs fixés sur cette virole externe. La figure 2 montre un secteur 52 d'un étage redresseur sectorisé, analogue à celui représenté sur la figure 1, et comprenant en outre, selon l'invention, un élément raidisseur formé d'un panneau de tôle 54, dont le bord amont repose sur le rebord annulaire externe 42 de la partie amont cylindrique 28 de la virole externe 26, et dont le bord aval est engagé dans une gorge annulaire 56 ouverte vers l'amont formée dans la surface amont de la partie aval tronconique 32 de la virole 26, de manière à former un caisson rigidifiant autour de cette virole 26. Les bords amont et aval du panneau 54 sont fixés à la virole, respectivement sur le rebord annulaire 42 et dans la gorge annulaire 56, par brasage. Le panneau de tôle 54 comporte des ajours 58, par exemple circulaires, permettant l'accès à la partie amont cylindrique 28 de la virole, notamment pour l'inspection des zones de brasage des extrémités 30 des pales 14 lors des phases de maintenance du turboréacteur. Ces ajours 58 permettent en outre de réduire la masse du panneau 54. Comme cela apparaît plus clairement sur la figure 3, les ajours 58 sont avantageusement à bords 60 tombés, ce qui permet d'augmenter la rigidité du panneau 54.
En variante, les ajours 58 peuvent avoir une forme allongée sensiblement identique à celle de l'extrémité radialement externe 30 des pales 14, pour faciliter au mieux l'inspection des zones de brasage des pales sur la virole 26. D'autres formes des ajours 58 peuvent se révéler avantageuses en fonction des niveaux de rigidité et de masse de la virole et des possibilités d'inspection souhaités. L'élément raidisseur du secteur d'étage redresseur représenté sur les figures 2 et 3 comprend un unique panneau 54 s'étendant circonférentiellement sur toute la longueur de la virole externe 26.
En variante, l'élément raidisseur peut comprendre plusieurs panneaux 54 disjoints montés circonférentiellement bout à bout sur la virole externe 26. L'étage redresseur peut également comprendre plusieurs éléments raidisseurs fixés uniquement sur les parties d'extrémités circonférentielles des secteurs de la virole externe 26. Cette configuration permet une réduction de masse tout en améliorant la rigidité des parties d'extrémité de la virole où les niveaux de contrainte sont les plus importants. L'exemple décrit ci-dessus concerne un étage redresseur sectorisé, mais l'élément raidisseur peut également être monté, de manière analogue à ce qui a été décrit ci-dessus, sur la virole externe d'un étage redresseur monobloc. D'une manière générale, l'invention permet de réduire le niveau des contraintes statiques aux extrémités radialement externes des pales d'un étage redresseur, au prix d'un faible accroissement de masse et d'un impact aérodynamique nul. La réduction du niveau de ces contraintes statiques peut atteindre 50% environ, de sorte que la durée de vie d'un étage redresseur selon l'invention est considérablement allongée. L'élément redresseur proposé dans le cadre de l'invention peut de surcroît être monté sur des étages redresseurs préexistants, alors que les solutions de l'art antérieur décrites ci-dessus nécessitent des modifications de la virole externe ou des pales de nature à engendrer des surcoûts considérables.20

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Etage redresseur (52) pour un compresseur de turbomachine, comprenant deux viroles interne (24) et externe (26) coaxiales, et des pales radiales (14) s'étendant entre les viroles (24, 26) et raccordées par leurs extrémités (30) aux viroles, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément raidisseur (54) fixé sur la virole externe (26).
  2. 2. Etage redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément raidisseur est un panneau (54) de tôle fixé sur les bords amont (42) et aval (32) de la virole externe (26) et formant un caisson rigidifiant autour de cette virole.
  3. 3. Etage redresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bords amont et aval de l'élément raidisseur (54) sont fixés à la virole externe (26) par exemple par brasage.
  4. 4. Etage redresseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie aval (32) de la virole externe comporte une gorge annulaire (56) ouverte vers l'amont et destinée à recevoir un bord aval de l'élément raidisseur (54).
  5. 5. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bord amont de l'élément raidisseur (54) repose sur un rebord annulaire externe (42) de la partie amont (28) de la virole (26).
  6. 6. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément raidisseur (54) comporte des ajours (58).
  7. 7. Etage redresseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ajours (58) sont à bords (60) tombés.
  8. 8. Etage redresseur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les ajours (58) sont situés en regard des pales (14) et ont une forme sensiblement identique à celle de l'extrémité radialement externe (30) de ces pales (14).
  9. 9. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément raidisseur (54) est réalisé dans le même matériau que la virole externe (26).
  10. 10. Etage redresseur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément raidisseur (54) s'étend circonférentiellement sur toute la longueur de la virole externe (26).
  11. 11. Etage redresseur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'élément raidisseur (54) comprend plusieurs panneaux de tôle disjoints fixés sur la virole externe (26).
  12. 12. Etage redresseur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la virole externe (26) est formée de secteurs montés bout à bout et en ce que des éléments raidisseurs (54) sont fixés uniquement sur les parties d'extrémité des secteurs de la virole externe (26).
  13. 13. Compresseur de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un étage redresseur (52) selon l'une des revendications 1 à 12.
  14. 14. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur selon la revendication 13.
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