FR2954420A1 - Virole exterieure de redresseur de compresseur renforcee pour turbomoteur d'aeronef - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à une partie de virole extérieure (16) de redresseur de compresseur pour turbomoteur d'aéronef, comprenant une âme (20) à travers laquelle sont ménagés des ajours (22) chacun destiné à recevoir la tête d'une aube de redresseur, la partie de virole étant également équipée d'un rebord circonférentiel amont (24) et d'un rebord circonférentiel aval (26) faisant saillie radialement vers l'extérieur de l'âme et disposés de part et d'autre desdits ajours. Selon l'invention, elle est équipée d'au moins un renfort (30) rapporté sur la surface extérieure de l'âme (20), entre deux ajours directement consécutifs, de manière à être en appui contre chacun des rebords circonférentiels amont et aval (24, 26).

Description

1 VIROLE EXTERIEURE DE REDRESSEUR DE COMPRESSEUR RENFORCEE POUR TURBOMOTEUR D'AERONEF

DESCRIPTION La présente invention se rapporte au domaine des turbomoteurs d'aéronef, de préférence du type turboréacteur ou turbopropulseur. Plus particulièrement, l'invention concerne une virole extérieure de redresseur de compresseur pour turbomoteur d'aéronef, destinée à délimiter radialement vers l'extérieur un flux primaire traversant ce turbomoteur. Une telle virole extérieure de redresseur comporte habituellement une âme à travers laquelle sont ménagés des ajours chacun destiné à recevoir la tête d'une aube de redresseur, généralement fixée par brasure dans son ajour associé. Un problème récurrent réside dans l'apparition de criques sur la tête d'aube de redresseur, en particulier au niveau de son bord de fuite subissant des contraintes statiques élevées, provoquées par la déformation de la virole extérieure. En effet, en fonctionnement, la virole extérieure a tendance à « s'ouvrir » vers l'arrière, c'est-à-dire que son extrémité annulaire aval présente un diamètre supérieur à celui de son extrémité annulaire amont, donnant ainsi à la virole une forme sensiblement tronconique.

Pour faire face à cette problématique, il a été proposé d'épaissir la virole extérieure, sur toute 2 sa longueur. Cela engendre inévitablement des inconvénients en termes de coûts de matière et de masse globale. De plus, afin de réaliser les ajours à travers l'âme de la virole, il est généralement nécessaire d'opérer des lamages préalables afin de diminuer localement l'épaisseur de la virole. L'usinage de ces lamages engendre des coûts de production très élevés. Une autre solution consiste à modifier la géométrie des aubes de redresseur, afin qu'elles supportent mieux les contraintes statiques auxquelles elles sont soumises. Cela se traduit néanmoins par des pertes aérodynamiques, et donc par une baisse de performance. L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur. Pour ce faire, l'invention a pour objet une partie de virole extérieure de redresseur de compresseur pour turbomoteur d'aéronef, destinée à délimiter radialement vers l'extérieur un flux primaire traversant ledit turbomoteur, ladite partie de virole comprenant une âme à travers laquelle sont ménagés des ajours chacun destiné à recevoir la tête d'une aube de redresseur, ladite partie de virole étant également équipée d'un rebord circonférentiel amont et d'un rebord circonférentiel aval faisant saillie radialement vers l'extérieur de ladite âme et disposés de part et d'autre desdits ajours. Selon l'invention, la partie de virole est également équipée d'au moins un renfort rapporté sur la surface extérieure de ladite âme, entre deux ajours 3 directement consécutifs, de manière à être en appui contre chacun des rebords circonférentiels amont et aval. La solution apportée par la présente invention est remarquable en ce qu'elle permet de limiter fortement la déformation de la virole extérieure durant le fonctionnement du turbomoteur, grâce à la présence d'un ou plusieurs renforts en appui sur les rebords circonférentiels amont et aval de cette virole. Les contraintes statiques subies par les têtes d'aubes de redresseur sont de ce fait largement amoindries, sans que la masse globale de la virole ne soit trop pénalisée. Cette solution s'avère également peu coûteuse, et n'engendre aucune perturbation aérodynamique du flux primaire. En outre, la conception de l'invention permet un libre accès aux ajours pratiqués dans l'âme, autorisant un contrôle aisé des brasures qui assurent généralement la fixation des têtes d'aube dans ces ajours. D'ailleurs, puisque les aubes de redresseur sont moins sensibles à l'apparition de criques, les visites de contrôles peuvent être plus espacées dans le temps, et la durée de vie de la virole est allongée. Enfin, la solution apportée par l'invention peut être facilement mise en oeuvre sur les viroles extérieures existantes, en y rapportant un ou plusieurs renforts de la manière exposée ci-dessus. De préférence, ledit renfort est rapporté fixement sur ladite âme et/ou sur les rebords circonférentiels amont et aval, préférentiellement par 4 soudage, ou bien par toute autre technique réputée appropriée par l'homme du métier. De préférence, au moins l'un des espaces situés entre deux ajours directement consécutifs est dépourvu de renfort. En effet, il peut ne pas être nécessaire d'implanter un renfort dans chacun de ces espaces, mais seulement dans certains d'entre eux se situant dans des zones susceptibles de se déformer de façon importante. En plaçant judicieusement les renforts dans seulement certains des espaces inter-ajours, le compromis masse / rigidité offert par la virole est parfaitement optimisé. De préférence, les deux ajours entre lesquels se situe ledit renfort présentent chacun une extrémité amont décalée de l'extrémité aval selon un sens donné de la direction circonférentielle, et une extrémité amont du renfort est également décalée de son extrémité aval selon ledit sens donné de la direction circonférentielle.

L'invention a également pour objet une virole extérieure de redresseur de compresseur pour turbomoteur d'aéronef, comprenant au moins une partie telle que décrite ci-dessus. Elle peut indifféremment être sectorisée ou continue sur 360°.

L'invention a également pour objet un redresseur de compresseur comprenant une virole extérieure tel que décrite ci-dessus. L'invention a aussi pour objet un compresseur de turbomoteur d'aéronef comprenant au moins un redresseur tel que décrit précédemment, de préférence un compresseur haute pression de turbomoteur à double corps. Enfin, l'invention se rapporte à un turbomoteur d'aéronef comprenant au moins un tel 5 compresseur, le turbomoteur étant de préférence un turboréacteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.

Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; la figure 1 représente une vue schématique partielle d'un compresseur haute pression pour turbomoteur, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 2 représente une vue en perspective d'une portion du redresseur montrée sur la figure précédente ; - la figure 3 représente une vue agrandie et détaillée en perspective de la virole extérieure montrée sur la figure précédente ; et - la figure 4 représente une vue similaire à celle de la figure 2, avec le redresseur se présentant sous la forme d'un autre mode de réalisation préféré de l'invention. En référence tout d'abord à la figure 1, on peut apercevoir une partie d'un compresseur haute pression 1 pour turbomoteur à double corps, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention.

De façon connue, le compresseur présente, en alternance selon une direction axiale parallèle à l'axe 2 du 6 compresseur, des aubes de redresseur ou aubes de stator 4, et des aubes de rotor 6. Les aubes 4, réparties circonférentiellement autour de l'axe 2, s'intègrent dans un redresseur 3 également objet de l'invention, comprenant en outre une virole intérieure 8 de délimitation radiale intérieure d'un flux annulaire primaire 10 traversant le turbomoteur, cette virole 8 portant les pieds des aubes 4 qui la traversent. A cet égard, il est noté que le redresseur comprend également des éléments additionnels rapportés sur la virole 8, tel qu'un revêtement radialement intérieur abradable 13 formant piste d'étanchéité annulaire, contactée par un dispositif d'étanchéité 12 porté par l'étage de rotor 14 portant les aubes tournantes 6, et agencé en aval du redresseur 3. Comme mentionné ci-dessus, le dispositif d'étanchéité tournant 12 est de façon connue du type à labyrinthe ou à léchettes. Le redresseur 3 comporte également une virole extérieure 16 de délimitation radiale extérieure du flux annulaire primaire 10 traversant le turbomoteur, cette virole 16, également objet de l'invention, portant les têtes des aubes 4. Le redresseur de compresseur 3 est préférentiellement composé par la mise en place, bout à bout, d'une pluralité de secteurs angulaires 3a comme celui montré sur la figure 2, constituant chacun une portion angulaire ou circonférentielle du redresseur. Comme visible sur cette figure, chaque secteur angulaire 3a comprend donc une partie circonférentielle de la virole extérieure 16, ainsi qu'une partie circonférentielle de la virole intérieure 8, entre 7 lesquelles est agencée une pluralité d'aubes de stator 4. La virole extérieure 16, résultant de la mise en place bout à bout de tous les secteurs 3a sur le stator, adopte donc une conception dite sectorisée ou segmentée, par opposition à une conception également envisagée, dite continue, dans laquelle la virole est unique et continue sur 360°. Dans la configuration sectorisée représentée, les secteurs angulaires 3a (un seul visible sur la figure 2) formant conjointement le redresseur 3 sont donc de préférence dépourvus de liaisons mécaniques rigides directes les reliant les uns aux autres, leurs extrémités adjacentes étant en effet simplement placées en regard les unes les autres, avec ou sans jeu.

A titre indicatif, il est noté que la sectorisation opérée pour les viroles 8 et 16 est également adoptée, d'une manière identique, pour le revêtement radialement intérieur abradable formant piste d'étanchéité annulaire 13.

A titre indicatif, il est noté que le nombre de secteurs angulaires 3a pour former le redresseur peut être compris entre 6 et 14, chaque secteur présentant de préférence la même étendue angulaire/circonférentielle.

En référence à présent conjointement aux figures 1 à 3, il est noté que la partie de virole extérieure 16 montrée sur ces figures, ci-après dénommée « virole extérieure » pour des raisons de commodité, comporte une âme centrale 20 s'étendant circonférentiellement, à travers laquelle sont ménagés des ajours traversants 22 recevant chacun la tête d'une 8 aube 4. De façon connue, la tête de chaque aube est logée dans un ajour 22 en laissant apparaitre un jeu tout autour de l'aube, ce jeu étant ensuite comblé par une brasure assurant la fixation de cette aube à la virole extérieure 16. L'âme 20 porte à son extrémité axiale amont un rebord circonférentiel amont 24 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la surface extérieure de l'âme. Ce rebord amont 24 sert essentiellement à rapporter fixement le redresseur sur le carter du turbomoteur, par boulonnage, comme cela a été représenté sur la figure 1. De plus, l'âme 20 porte à son extrémité axiale aval un rebord circonférentiel aval 26 s'étendant aussi radialement vers l'extérieur à partir de la surface extérieure de l'âme. Ce rebord aval 26 sert essentiellement à réaliser une liaison étanche avec l'étage de rotor 14 situé derrière le redresseur. Les ajours 22 s'étendent donc sensiblement axialement entre les deux rebords 24, 26, à distance axiale de ceux-ci. De façon préférée, l'âme et les deux rebords circonférentiels sont réalisés d'une seule pièce. L'une des particularités de la présente invention réside dans la mise en place de renforts 30 rapportés fixement sur la surface extérieure de l'âme 20, chacun entre deux ajours 22 directement consécutifs, c'est-à-dire dans des espaces dénommés inter-ajours. Chaque renfort 30, également dénommé raidisseur, a son extrémité amont en appui contre le rebord amont 24, et son extrémité aval en appui contre 9 le rebord aval 26, de sorte qu'il relie mécaniquement, de façon directe, ces deux rebords circonférentiels. Localement, la résistance à la déformation de la virole 16 est donc fortement augmentée, et les contraintes statiques subies par les aubes sont diminuées. La solidarisation du renfort sur la virole 16 s'effectue par brasage, au niveau de la surface extérieure de l'âme 20, et également au niveau des deux rebords circonférentiels 24, 26. Néanmoins, de simples appuis peuvent être prévus entre les rebords circonférentiels 24, 26 et leur extrémité de renfort associée, sans qu'il n'y ait donc de solidarisation directe entre ces éléments, la fixation du renfort s'effectuant alors uniquement par la brasure de sa partie inférieure sur la surface extérieure de l'âme 20. Pour faciliter l'opération de brasage, les surfaces concernées de la virole extérieure peuvent être aménagées, par exemple en prévoyant des plats et/ou des empreintes.

Comme cela est le mieux visible sur les figures 2 et 3, tous les espaces inter-ajours n'accueillent pas nécessairement de renforts 30, ceux-ci pouvant être positionnés uniquement sur les parties les plus sollicitées de la virole 16. A titre d'exemple indicatif, seulement entre un tiers et un quart des espaces inter-ajours sont équipés d'un renfort 30. De façon connue, chaque ajour 22 a une extrémité amont décalée de l'extrémité aval selon un sens donné de la direction circonférentielle, représentée schématiquement par la flèche 34 sur la figure 3, et ce pour s'adapter au profil aérodynamique 10 particulier de la tête d'aube. Il est de préférence prévu que l'extrémité amont de chaque renfort 30 soit également décalée de son extrémité aval selon le même sens donné de la direction circonférentielle. Les renforts 30 s'adaptent ainsi au mieux à la forme des têtes d'aubes et des ajours, et peuvent par conséquent disposer d'une largeur importante conférant une meilleure résistance mécanique, sans recouvrir les brasures des têtes d'aubes. Le contrôle de celles-ci peut ainsi être effectué sans difficulté d'accès. Le décalage circonférentiel des extrémités de chaque renfort 30 peut s'obtenir à l'aide d'un renfort sensiblement droit, disposé de manière inclinée selon la direction axiale, comme montré sur la figure 3. En alternative, le renfort 30 peut être courbé, à la manière des têtes d'aubes, comme cela a été schématisé sur la figure 4 montrant un autre mode de réalisation préféré. De préférence, les viroles et les renforts sont réalisés dans un alliage de métaux du type Inconel 718. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Partie de virole extérieure (16) de redresseur de compresseur pour turbomoteur d'aéronef, destinée à délimiter radialement vers l'extérieur un flux primaire (10) traversant ledit turbomoteur, ladite partie de virole comprenant une âme (20) à travers laquelle sont ménagés des ajours (22) chacun destiné à recevoir la tête d'une aube de redresseur, ladite partie de virole étant également équipée d'un rebord circonférentiel amont (24) et d'un rebord circonférentiel aval (26) faisant saillie radialement vers l'extérieur de ladite âme et disposés de part et d'autre desdits ajours, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'au moins un renfort (30) rapporté sur la surface extérieure de ladite âme (20), entre deux ajours directement consécutifs, de manière à être en appui contre chacun des rebords circonférentiels amont et aval (24, 26).
2. 2. Partie de virole selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit renfort (30) est rapporté fixement sur ladite âme et/ou sur les rebords circonférentiels amont et aval.
3. 3. Partie de virole selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que ledit renfort (30) est rapporté fixement par soudage.30 12
4. 4. Partie de virole selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins l'un de ses espaces situés entre deux ajours (22) directement consécutifs est dépourvu de renfort.
5. 5. Partie de virole selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux ajours (22) entre lesquels se situe ledit renfort (30) présentent chacun une extrémité amont décalée de l'extrémité aval selon un sens donné de la direction circonférentielle (34), et en ce qu'une extrémité amont du renfort (30) est également décalée de son extrémité aval selon ledit sens donné de la direction circonférentielle.
6. 6. Virole extérieure (16) de redresseur de compresseur pour turbomoteur d'aéronef, comprenant au moins une partie selon l'une quelconque des revendications précédentes.
7. 7. Virole selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle est sectorisée ou continue sur 360°.
8. 8. Redresseur de compresseur (3) comprenant une virole extérieure (16) selon la revendication 6 ou la revendication 7.25 13
9. 9. Compresseur de turbomoteur d'aéronef comprenant au moins un redresseur (3) selon la revendication 8.
10. 10. Turbomoteur d'aéronef comprenant au moins un compresseur selon la revendication 9. 15