FR2939852A1

FR2939852A1 - Etage d'aubes statoriques dans un compresseur

Info

Publication number: FR2939852A1
Application number: FR0807038A
Authority: FR
Inventors: Alexandre Franck Arnaud Chartoire; Olivier Stephane Domercq; Vincent Paul Gabriel Perrot
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-06-18
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: FR2939852B1

Abstract

Etage d'aubes statoriques (39) dans un compresseur (10), comprenant des aubes de redresseur (24) sensiblement radiales réparties régulièrement autour de l'axe du compresseur (10) et portées par une virole interne (20) et/ou une virole externe (22), caractérisé en ce qu'il comprend également des aubes intermédiaires (40) s'étendant radialement entre les aubes précitées (24) et ayant une longueur axiale et/ou une hauteur radiale inférieures à celles des aubes de redresseur (24).

Description

1 ETAGE D'AUBES STATORIQUES DANS UN COMPRESSEUR L'invention concerne un étage d'aubes de stator pour un compresseur d'une turbomachine ainsi qu'un compresseur et une turbomachine comprenant un tel étage d'aubes de stator.

De façon connue, un compresseur de turbomachine comprend plusieurs étages d'aubes mobiles montées sur un arbre de rotor en alternance avec des étages d'aubes de redresseur. Les étages d'aubes mobiles et d'aubes de redresseur sont entourés extérieurement par une paroi externe à laquelle sont reliées les extrémités radialement externes des aubes de redresseur, les extrémités radialement externes des aubes mobiles étant éloignées de cette paroi d'une distance correspondant à un jeu de fonctionnement nécessaire à la rotation des étages d'aubes mobiles du compresseur. En fonctionnement, l'air sortant d'un étage d'aubes mobiles entre dans un étage d'aubes de redresseur où il subit à la fois une déviation qui le rapproche de l'axe de la turbomachine et un ralentissement ou diffusion. La viscosité de l'air et les gradients de pression associés à sa diffusion donnent naissance à des décollements qui contribuent à la génération d'entropie dans le compresseur et augmentent la consommation de la turbomachine. Ces décollements sont particulièrement importants dans la partie externe de la veine d'air du compresseur, c'est-à-dire au niveau de la paroi externe. Des décollements apparaissent également au niveau des extrémités radialement internes des étages d'aubes de redresseur et peuvent atteindre une forte amplitude notamment lorsque le rotor tourne à faible vitesse, c'est-à-dire lorsque le moteur est à bas régime. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace aux problèmes de la technique antérieure. Elle propose à cet effet, un étage d'aubes statoriques dans un compresseur, comprenant des aubes de redresseur sensiblement radiales réparties régulièrement autour de l'axe du compresseur et portées par une virole interne et/ou une virole externe, caractérisé en ce qu'il comprend également des aubes intermédiaires s'étendant radialement entre les aubes précitées et ayant une longueur axiale et/ou une hauteur radiale inférieures à celles des aubes de redresseur. L'intégration d'au moins une aube intermédiaire entre deux aubes de redresseur consécutives diminue localement le pas relatif entre deux aubages de l'étage redresseurs et réduit les décollements au voisinage des parois.

Il est préférable que les aubes intermédiaires soient positionnées dans la partie aval d'un étage d'aubes de redresseur et qu'elles aient des dimensions axiale et radiale inférieures à celles des aubes de redresseurs, puisque les décollements de couche limite sont principalement localisés sur la partie aval des aubes de redresseurs et afin de ne pas diminuer la section de passage du flux d'air dans le compresseur, ce qui aurait pour conséquence de diminuer les performances du compresseur. Avantageusement, les bords de fuite des aubes de intermédiaires sont alignés avec les bords de fuite des aubes de redresseur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la dimension axiale 20 des aubes intermédiaires peut être comprise entre environ 10 et 60 % de la dimension axiale des aubes de redresseur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la dimension radiale des aubes intermédiaires est inférieure ou égale à 40 % de la dimension radiale des aubes de redresseur. 25 La position de chaque aube intermédiaire entre deux aubes de redresseur consécutives est définie en fonction de la répartition du débit d'air entre les deux aubes de redresseurs et de manière à garantir une répartition équilibrée du débit d'air de part et d'autre de l'aube intermédiaire. 30 Selon une autre caractéristique de l'invention, les aubes intermédiaires s'étendent radialement vers l'extérieur entre les aubes de redresseur depuis la virole interne, ce qui permet de limiter les décollements au niveau de la virole interne. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les aubes intermédiaires s'étendent radialement vers l'intérieur entre les aubes de 5 redresseur depuis la virole externe. L'invention concerne également un compresseur comprenant au moins un étage d'aubes statoriques tel que décrit précédemment. L'invention concerne encore une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisée en ce qu'elle comprend 10 un compresseur du type décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 15 la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un compresseur haute pression de turbomachine ; la figure 2 est une vue schématique de dessus de trois aubes de redresseur d'un étage d'aubes statoriques selon la technique antérieure ; 20 la figure 3 est une vue schématique de dessus de trois aubes de redresseur d'un étage d'aubes statoriques selon l'invention ; la figure 4 est une vue schématique partielle en coupe transversale d'un étage d'aubes statoriques selon un premier mode de réalisation de l'invention ; 25 la figure 5 est une vue schématique partielle en coupe transversale d'un étage d'aubes statoriques selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 6 est une vue schématique partielle en coupe transversale d'un étage d'aubes statoriques selon un troisième mode de réalisation de 30 l'invention.

On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un compresseur 10 comprenant des rangées annulaires d'aubes mobiles 12, dont les extrémités radialement internes sont fixées sur un disque 14 porté par un arbre non représenté, disposées en alternance avec des rangées annulaires d'aubes de redresseur 16 portées à leurs extrémités radialement externes par un carter externe cylindrique 18. Chaque rangée annulaire d'aubes de redresseur 16 comprend deux viroles coaxiales interne 20 et externe 22 qui sont reliées l'une à l'autre par des aubes de redresseur radiales 24. Chaque étage de redresseur est accroché sur le carter externe 18 par l'intermédiaire de deux crochets annulaires amont 26 et aval 28 formées aux extrémités axiales de la virole externe 22 et qui sont engagées dans des rainures correspondante du carter externe 18. Les aubes de stator 24 ont une surface intérieure concave ou intrados 30 et une surface extérieure convexe ou extrados 32 qui sont reliées à leurs extrémités amont et aval par des bords d'attaque 34 et de fuite 36. La surface interne de la virole externe 22 est alignée avec la surface de révolution interne du carter externe 18. Les extrémités radialement externes des aubes mobiles 12 sont situées à une faible distance du carter externe 18 correspondant à un jeu de fonction nécessaire à la rotation du rotor 14 du compresseur 10 dans le carter externe 18. Des blocs de matière abradable 38 sont fixés sur la surface interne de la virole interne 20 pour assurer une étanchéité avec des léchettes annulaires 40 de l'arbre de rotor 14 du compresseur 10 et empêcher le passage de l'air entre la virole interne 20 et l'arbre de rotor 14. En figure 2 sont représentées trois aubes 24 d'un étage de redresseur 16 selon la technique antérieure. Lors du fonctionnement de la turbomachine, des décollements du flux d'air se produisent au niveau des 30 parties aval des extrados 32 des aubes de redresseur 24.

Ces inhomogénéités dans l'écoulement du flux d'air du compresseur 10 limitent la marge au pompage de la turbomachine, augmentent la consommation de carburant et diminuent le rendement de la turbomachine. L'invention permet d'éviter ces décollements en intercalant des aubes intermédiaires 40 entre des aubes de redresseur 24 (figure 3). Le pas relatif inter-aubes est ainsi diminué, ce qui réduit les décollements de flux d'air en sortie de l'étage redresseur 39 et le flux d'air sortant de l'étage redresseur est mieux orienté dans la direction 38 donnée par le prolongement en aval des bords de fuite, ce qui procure un redressement optimal. Les aubes intermédiaires 40 ont une longueur axiale et une hauteur radiale inférieures à celles des aubes de redresseur 24 pour conserver une section de passage du flux d'air dans l'étage d'aubes de redresseur 39 sensiblement identique à celle d'un étage sans aubes intermédiaires et ainsi ne pas réduire le taux de compression. La longueur d'une aube intermédiaire est déterminée de manière à ce que son bord d'attaque soit situé en aval de la zone de section minimale entre deux aubes de redresseur (appelée section au col ). Cette zone de section minimale est généralement située sur l'étage redresseur en aval du bord d'attaque d'une aube de redresseur et à une distance de ce bord d'attaque représentant moins de 30% de la dimension axiale d'une aube de redresseur. Ces aubes intermédiaires 40 sont avantageusement agencées dans la partie aval d'un étage redresseur 39, correspondant à la zone où sont localisés les décollements de flux d'air et ont leur bord de fuite 42 circonférentiellement alignés avec les bords de fuite 36 des aubes de redresseur 24. Des aubes intermédiaires 40 peuvent être intégrées dans la partie radialement interne de l'étage redresseur 39 et s'étendre radialement vers 30 l'extérieur depuis la virole interne 20 (figure 4) ou bien être montées dans la partie radialement externe et s'étendre radialement vers l'intérieur depuis la virole externe 22 (figure 5). Il est également possible d'ajouter des aubes intermédiaires 40 à la fois sur la virole interne 20 et sur la virole externe 22 (figure 6).

Ces aubes intermédiaires 40 ont une dimension axiale comprise entre environ 10 et 60 % de la dimension axiale des aubes de redresseur 24. La dimension radiale des aubes intermédiaires 40 est inférieure ou égale à 40 % de la dimension radiale des aubes de redresseur 24. L'étage redresseur 39 peut être formé d'une seule pièce ou bien être formé de plusieurs ensembles de redresseurs sectorisés montés circonférentiellement bout à bout autour de l'axe du compresseur 10. Les aubes intermédiaires 40 peuvent être obtenues par exemple par électroérosion ou bien par fraisage.

Claims

REVENDICATIONS1. Etage d'aubes statoriques (39) dans un compresseur (10), comprenant des aubes de redresseur (24) sensiblement radiales réparties régulièrement autour de l'axe du compresseur (10) et portées par une virole interne (20) et/ou une virole externe (22), caractérisé en ce qu'il comprend également des aubes intermédiaires (40) s'étendant radialement entre les aubes précitées (24) et ayant une longueur axiale et/ou une hauteur radiale inférieures à celles des aubes de redresseur (24).
2. Etage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes intermédiaires (40) sont dans la partie aval de l'étage d'aubes de redresseur (24).
3. Etage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bords de fuite (42) des aubes de intermédiaires (40) sont alignés avec les bords 15 de fuite (36) des aubes de redresseur (24).
4. Etage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la dimension axiale des aubes intermédiaires (40) est comprise entre environ 10 et 60 % de la dimension axiale des aubes de redresseur (24).
5. Etage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la 20 dimension radiale des aubes intermédiaires (40) est inférieure ou égale à 40 % de la dimension radiale des aubes de redresseur (24).
6. Etage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aubes intermédiaires (40) s'étendent radialement vers l'extérieur entre les aubes de redresseur (24) depuis la virole interne (20). 25
7. Etage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aubes intermédiaires (40) s'étendent radialement vers l'intérieur entre les aubes de redresseur (24) depuis la virole externe (22).
8. Compresseur (10) de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un étage d'aubes statoriques (39) selon l'une des revendications 30 précédentes.
9. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur (10) selon la revendication 8.5