FR2947016A1 - Compresseur centrifuge. - Google Patents

Abstract

Un compresseur centrifuge comprenant un rotor (2), entraîné par un arbre, comportant une pluralité d'aubes (5) agencée pour comprimer un flux d'air d'amont an aval dans le compresseur, un carter de compresseur (1) enveloppant ledit rotor (2) et une couche d'abradable disposée sur le carter (1), entre le carter (1) et le rotor (2), agencée pour optimiser le jeu en fonctionnement avec les aubes (5) du rotor (2), compresseur caractérisé par le fait que la couche d'abradable comprend au moins deux abradables distincts (11, 21).

Description

L'invention concerne les abradables disposés sur des éléments fixes d'un compresseur centrifuge en regard d'éléments mobiles. Un compresseur centrifuge comprend au moins un rotor se présentant sous la forme d'une roue sensiblement évasée axialement dont la fonction est de mettre en rotation un flux d'air tout en augmentant le rayon moyen de son écoulement, c'est-à-dire de le comprimer. Le compresseur reçoit en amont un flux d'air axial circulant d'amont en aval et dévie le flux d'air axial en un flux d'air radial ; on dit alors que le flux est dévié de manière centrifuge. A cet effet, le compresseur comporte des aubes vrillées agencées pour dévier la direction du flux d'air d'amont en aval. Un tel compresseur centrifuge est par exemple connu du brevet US 6.234.749 B1. De manière classique, en référence à la figure 1 représentant un compresseur selon l'art antérieur, un compresseur centrifuge comprend un rotor 2 logé dans un carter fixe 1 du compresseur, connu de l'homme du métier sous sa désignation couvercle , le rotor 2 étant entraîné en rotation par un arbre 3 du compresseur. Afin de permettre une compression efficace du flux d'air par le rotor 2, il est important que l'espace entre le rotor 2 et son couvercle 1 soit le plus réduit possible. A cet effet, une couche d'abradable 4 est déposée sur la surface intérieure du couvercle du rotor 1 pour optimiser le jeu entre les parties fixes et les parties mobiles du compresseur en fonctionnement, en rendant la surface recouverte d'abradable permissive au contact. Au cours de la rotation du rotor 2, les aubes 5 pénètrent dans la couche d'abradable 4 qui s'use de manière à correspondre aux dimensions des aubes 5 du rotor 2. Le jeu entre le sommet des aubes et la surface du couvercle est ainsi réduit à un minimum. La circulation d'un flux d'air axial entre les aubes 5 du rotor et le couvercle 1 est alors limitée, le flux d'air amont Fe étant contraint à traverser le rotor 2 de part en part ce qui garantit un bon rendement et une bonne stabilité de la compression. Le flux d'air aval Fs est évacué par le rotor 2 dans un plan transversal à l'axe de rotation du rotor 2 comme représenté sur la figure 1.

De manière classique, il est disposé une couche uniforme d'abradable 4 sur la surface intérieure du couvercle 1. L'abradable 4 est choisi pour ses caractéristiques de tenue thermique afin de résister à des températures supérieures à 750°K. En effet, l'abradable 4 doit permettre de supporter les températures élevées auxquelles est exposé le couvercle 1. A titre d'exemple, une turbomachine, telle qu'un turboréacteur, comprend classiquement un compresseur axial ou axialo-centrifuge monté en amont d'une chambre de combustion de la turbomachine. L'évolution actuelle des turbomachines tend à augmenter les rapports de pression et les températures de fonctionnement en sortie de compresseur centrifuge. Le compresseur centrifuge est alors soumis à des températures de plus en plus importantes, les abradables 4, connus de l'art antérieur, n'étant alors plus adaptés. On connaît des abradables aptes à supporter des températures importantes mais, de tels abradables possèdent une rugosité importante ce qui est préjudiciable à leur aérodynamisme et, de manière globale, aux performances du moteur. Afin d'éliminer au moins certains de ces problèmes, l'invention concerne un compresseur centrifuge comprenant : - un rotor, entraîné par un arbre, comportant une pluralité d'aubes agencée pour comprimer un flux d'air d'amont en aval dans le compresseur; - un carter de compresseur enveloppant ledit rotor et - une couche d'abradable disposée sur le carter, entre le carter et le rotor, agencée pour optimiser le jeu en fonctionnement avec les aubes du rotor, compresseur caractérisé par le fait que la couche d'abradable comprend au moins deux abradables distincts.

De manière avantageuse, un compresseur centrifuge comportant un panachage d'abradables permet de combiner tenue de l'abradable aux températures élevées et performances aérodynamiques. Si une partie du carter du compresseur est soumise à des températures élevées, cette dernière sera alors recouverte d'un abradable ayant une tenue satisfaisante à ces températures. De même, si une partie du carter du compresseur n'est pas soumise à des températures élevées, cette dernière sera alors recouverte d'un abradable apte à favoriser l'écoulement du fluide et à optimiser les performances aérodynamiques.

Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, les deux abradables sont disposés successivement. De préférence, un premier abradable est disposé en amont du deuxième abradable. De manière avantageuse, les deux abradables possèdent des tenues en température différentes. De préférence encore, le premier abradable possède une tenue en température inférieure à la tenue en température du deuxième abradable, le deuxième abradable étant disposé sur la surface intérieure du carter dont la température est la plus élevée. Un compresseur centrifuge permet de comprimer un flux d'air d'amont en aval. Au cours de son déplacement, le flux d'air est soumis à des températures de plus en plus élevées. De manière avantageuse, une répartition successive des abradables d'amont en aval permet d'adapter la couche d'abradable en fonction de la température à laquelle est soumis le flux d'air circulant dans le compresseur. De préférence encore, les deux abradables sont séparés par une rainure de séparation, celle-ci remplissant de manière avantageuse une fonction de déchargement permettant d'éviter l'effet de pompage du compresseur.

De préférence toujours, la rainure de séparation est circonférentielle ce qui permet de renforcer la fonction de déchargement de la rainure et de limiter, plus encore, le risque de pompage du compresseur. L'invention concerne également un procédé de dépôt d'une couche d'abradable sur un carter de compresseur enveloppant un rotor dans lequel circule un flux d'air d'amont en aval, procédé dans lequel : - on ménage une première cuvette de réception d'un premier abradable dans le carter; - on ménage une deuxième cuvette de réception d'un deuxième abradable dans le carter; - on dépose le premier abradable dans la première cuvette et on dépose le deuxième abradable dans la deuxième cuvette. De préférence, les première et deuxième cuvettes sont séparées par une languette de séparation en saillie par rapport au fond des cuvettes.

De manière avantageuse, la languette de séparation est circonférentielle. De préférence, elle s'étend normalement au fond des cuvettes. De préférence encore, on dépose les premier et deuxième abradables dans les première et deuxième cuvettes au moins jusqu'à hauteur de la languette de séparation. La languette permet avantageusement de contenir les abradables lors de leur dépôt dans les cuvettes tout en évitant leur mélange. De préférence toujours, on usine la languette de séparation, après dépôt des abradables dans les cuvettes, de manière à diminuer la hauteur de la languette de séparation par rapport au fond des cuvettes et former une rainure de séparation entre les deux abradables. La languette de séparation remplit une double fonction au cours du procédé de dépôt. Premièrement, elle permet de séparer les deux abradables afin d'éviter que ces derniers ne se mélangent. Deuxièmement, la languette de séparation, une fois usinée, forme une rainure de séparation ayant des propriétés aérodynamiques bénéfiques pour le compresseur. L'invention sera mieux comprise à l'aide du dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un compresseur centrifuge d'une turbomachine selon l'art antérieur, - la figure 2 représente une vue en coupe axiale d'un compresseur centrifuge d'une turbomachine selon l'invention ; - les figures 3A-D représentent schématiquement les étapes de dépôt d'un abradable sur le carter d'un compresseur, en particulier, - la figure 3A représente schématiquement une partie du carter du compresseur avant le dépôt d'abradable ; - la figure 3B représente la partie de carter de la figure 3A dans laquelle ont été ménagées des cuvettes de réception d'abradable ; - la figure 3C représente la partie de carter de la figure 3B dans laquelle un abradable a été déposé dans chaque cuvette de réception et - la figure 3D représente la partie de carter de la figure 3C dans laquelle les abradables sont séparés par une rainure de séparation, la figure 3D représentant une vue zoomée schématique d'une partie supérieure du carter de compresseur de la figure 2. En référence à la figure 2, une turbomachine, ici un turboréacteur, comprend un compresseur centrifuge comportant un rotor 2 entraîné en rotation par un arbre 3 de la turbomachine selon l'axe de la turbomachine. Le rotor 2 se présente sous la forme d'une roue évasée axialement de l'amont vers l'aval et comprenant des aubes 5 à sa périphérie s'étendant sensiblement radialement. Le rotor 2 est logé dans un carter de compresseur 1 dont la surface intérieure, tournée vers le rotor 2, comporte une couche d'abradable. La partie du carter du compresseur enveloppant le rotor 2 est connue de l'homme du métier sous la désignation couvercle du rotor 2.

Le rotor centrifuge 2 est agencé pour comprimer un flux d'air amont essentiellement axial (Fe) en un flux d'air essentiellement aval radial (Fs) afin que celui-ci soit admis dans la chambre de combustion de la turbomachine située en aval du rotor 2 après passage dans un diffuseur. La surface intérieure du couvercle 1 se présente sous la forme d'une surface de révolution cylindrique, évasée de l'amont vers l'aval, adaptée à la forme des aubes 5 du rotor 2. Comme expliqué dans le préambule de la présente demande, la couche d'abradable permet de limiter la circulation d'un flux d'air entre le rotor 2 et le couvercle 1 de manière à optimiser le jeu en fonctionnement. En particulier, les aubes 5 du rotor 2 peuvent pénétrer dans la couche d'abradable qui s'use sans endommager les aubes 5 du rotor 2. Toujours en référence à la figure 2, un premier abradable 11 est déposé en amont d'un deuxième abradable 21 sur la surface intérieure du couvercle 1. Les premier et deuxième abradables 11, 21 s'étendent sur une première et une deuxième couronne annulaire sur le couvercle du carter 1, la première couronne étant disposée en amont de la deuxième couronne, les deux couronnes étant séparées par une rainure circonférentielle 31 ménagée entre les deux abradables 11, 21. De préférence, les deux abradables 11, 21 sont de natures différentes. De préférence encore, le premier abradable 11 possède une tenue en température T1 inférieure à la tenue en température T2 du deuxième abradable 21. Comme la température croît d'amont en aval du compresseur centrifuge, on dispose le deuxième abradable 21, offrant la meilleure tenue en température, en aval du premier abradable 11. Ainsi, le deuxième abradable permet de remplir sa fonction d'optimisation bien qu'il soit disposé en aval du compresseur, dans un environnement dont la température est élevée. De manière avantageuse, on dispose uniquement le deuxième abradable 21, dont la tenue en température est supérieure au premier abradable 11, dans la partie aval du couvercle 1 qui est soumise à des températures élevées. Ainsi, seule la partie de la surface intérieure du carter 1 la plus exposée thermiquement est recouverte par l'abradable offrant la meilleure tenue en température. Par ailleurs, comme la plupart des abradables offrant une tenue en température suffisante possèdent également une rugosité importante, on peut disposer un abradable lisse, possédant un meilleur comportement aérodynamique, sur la partie de la surface intérieure du carter 1 la moins exposée thermiquement, c'est-à-dire sa partie amont.

En référence aux figures 2 et 3D, les deux abradables 11, 21 sont séparés par une rainure circonférentielle 31 s'étendant sensiblement orthogonalement à la surface intérieure du carter 1De plus, une telle rainure de séparation circonférentielle 31 possède des propriétés aérodynamiques permettant de faciliter l'écoulement du flux de gaz d'amont en aval dans le rotor 2, la rainure de séparation 31 remplissant une fonction de protection permettant de repousser l'apparition du pompage du compresseur en réduisant l'impact négatif de l'écoulement de jeu entre les parties fixes et mobiles, c'est-à-dire l'écoulement d'aval en amont, sur l'écoulement principal d'amont en aval.

L'invention concerne également le procédé de dépôt d'une couche d'abradable sur le carter 1 enveloppant le rotor 2. Selon une première étape du procédé, on usine la paroi du carter 1 représentée sur la figure 3A de manière à former deux cuvettes 10, 20 de réception d'abradable comme représentées sur la figure 3B. Dans cette forme de réalisation de l'invention, les cuvettes 10, 20 sont formées par lamage ou usinage dans la paroi du carter 1, chaque cuvette 10, 20 s'étendant circonférentiellement sur le carter 1. Autrement dit, les cuvettes 10, 20 sont creusées dans la paroi du carter 1 normalement à la surface intérieure du carter 1 comme représenté sur la figure 3B.

La première cuvette 10, destinée à recevoir le premier abradable 11, est ménagée en amont de la deuxième cuvette 20, destinée à recevoir le deuxième abradable 21, les deux cuvettes 10, 20 étant séparées par une languette de séparation 30 circonférentielle. La languette de séparation 30 s'étend sensiblement normalement par rapport au fond des cuvettes 10, 20 et fait saillie en direction de l'axe de la turbomachine comme représenté sur la figure 3B. Toujours en référence à la figure 3B, chaque cuvette 10, 20 possède une profondeur constante d'amont en aval dans le carter 1, les profondeurs des cuvettes 10, 20 étant en outre sensiblement identiques. En référence maintenant à la figure 3C, le premier abradable 11 est déposé dans la première cuvette 10 et le deuxième abradable 21 est déposé dans la deuxième cuvette 20 jusqu'à ce que les cuvettes 10, 20 soient totalement remplies. De manière avantageuse, la languette de séparation 30 des cuvettes 10, 20 vient séparer les cuvettes 10, 20 afin d'éviter que les abradables 11, 21 ne se mélangent. Les abradables sont déposés soit par injection, soit par dépôt plasma.

Toujours en référence à la figure 3C, les abradables 11, 21 affleurent à la hauteur de la languette de séparation 30 de manière à ce que la surface intérieure du couvercle 1 du carter soit sensiblement continue d'amont en aval. En particulier, la surface du premier abradable 11 est continue avec la surface intérieure de la languette 30 et la surface du deuxième abradable 21 est continue avec la surface intérieure de la languette 30. Afin d'améliorer le comportement aérodynamique du compresseur centrifuge, on usine la languette de séparation 30 de manière à diminuer sa hauteur. Autrement dit, on diminue sa longueur en saillie par rapport au fond des cuvettes 10, 20 de manière à former une rainure de séparation 31 entre les deux abradables 11, 21. De manière avantageuse, on usine la languette de séparation 30 jusqu'à ce que cette dernière ne soit plus en saillie par rapport au fond des cuvettes 10, 20 afin d'isoler complètement les deux abradables 11, 21 comme représenté sur la figure 3D, les premier et deuxième abradable n'étant alors pas en contact. Ce procédé de dépôt est très avantageux étant donné que la languette de séparation 30 remplit premièrement un rôle de séparateur de cuvettes 10, 20 empêchant le mélange des deux abradables 11, 21. Deuxièmement, cette languette de séparation 30, une fois supprimée, permet de former une rainure de séparation 31 entre les deux abradables 11, 21, améliorant le comportement aérodynamique du compresseur. Il a été ici décrit un compresseur centrifuge comprenant deux types d'abradables différents mais il va de soi que plus de deux abradables peuvent être utilisés. En outre, les abradables peuvent être séparés par plus d'une rainure circonférentielle, une rainure circonférentielle pouvant, par ailleurs, séparer deux abradables identiques ou différents.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1) Compresseur centrifuge comprenant : a. un rotor (2), entraîné par un arbre, comportant une pluralité 5 d'aubes (5) agencée pour comprimer un flux d'air d'amont an aval dans le compresseur; b. un carter de compresseur (1) enveloppant ledit rotor (2) et c. une couche d'abradable disposée sur le carter (1), entre le carter (1) et le rotor (2), agencée pour optimiser le jeu en 10 fonctionnement avec les aubes (5) du rotor (2), compresseur caractérisé par le fait que la couche d'abradable comprend au moins deux abradables distincts (11, 21).
2. 2) Compresseur selon la revendication 1, dans lequel les deux abradables (11, 21) sont disposés successivement. 15
3. 3) Compresseur selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel un premier abradable (11) est disposé en amont du deuxième abradable (21).
4. 4) Compresseur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les deux abradables (11, 21) possèdent des tenues en température (Ti, T2) différentes. 20
5. 5) Compresseur selon la revendication 4, dans lequel le premier abradable (11) possède une tenue en température (Ti) inférieure à la tenue en température (T2) du deuxième abradable (21).
6. 6) Compresseur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les deux abradables (11, 21) sont séparés par une rainure de séparation (31). 25
7. 7) Procédé de dépôt d'une couche d'abradable sur un carter de compresseur (1) enveloppant un rotor (2) dans lequel circule un flux d'air d'amont en aval, procédé dans lequel :a. on ménage une première cuvette (10) de réception d'un premier abradable (11) dans le carter (1) ; b. on ménage une deuxième cuvette (20) de réception d'un deuxième abradable (21) dans le carter (1) ; c. on dépose le premier abradable (11) dans la première cuvette (10) et on dépose le deuxième abradable (21) dans la deuxième cuvette (20).
8. 8) Procédé selon la revendication 7, dans lequel les première et deuxième cuvettes (10, 20) sont séparées par une languette de séparation (30) 10 en saillie par rapport au fond des cuvettes (10, 20).
9. 9) Procédé selon la revendication 8, dans lequel on dépose les premier et deuxième abradables (11, 21) dans les première et deuxième cuvettes (10, 20) au moins jusqu'à hauteur de la languette de séparation (30).
10. 10) Procédé selon l'une des revendications 8 à 9, dans lequel on 15 usine la languette de séparation (30), après dépôt des abradables (11, 21) dans les cuvettes (10, 20), de manière à diminuer la hauteur de la languette de séparation (30) par rapport au fond des cuvettes (10, 20) et former une rainure de séparation (31) entre les deux abradables (11, 21).