FR2958346A1 - Compresseur de turbomachine - Google Patents

Abstract

Compresseur de turbomachine comprenant au moins deux rouets centrifuges en série et un diffuseur situé entre ces deux rouets, ce diffuseur permettant de diffuser le courant de gaz sortant du premier rouet et de redresser ce courant de gaz avant qu'il n'atteigne le deuxième rouet, ce diffuseur comprenant : une partie amont raccordée à la sortie du premier rouet, une partie intermédiaire coudée et une partie aval (25) raccordée à l'entrée du deuxième rouet, cette partie aval comprenant une série d'aubes de redressement (36) circulairement espacées les unes des autres. Ce compresseur est tel que chaque aube de redressement (36) comprend une portion amont (36A) qui s'étend depuis le bord d'attaque (40) de l'aube et qui est telle que sa face d'intrados (60) présente un profil qui est concave dans un plan de coupe transversal de l'aube. Turbomachine comprenant un tel compresseur.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne un compresseur de turbomachine. Un tel compresseur peut équiper tout type de turbomachine, terrestre ou aéronautique et, notamment, un turbomoteur d'hélicoptère.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Plus précisément, le présent exposé concerne un compresseur de turbomachine du type comprenant au moins deux rouets centrifuges en série et un diffuseur situé entre ces deux rouets, ce diffuseur permettant de diffuser le courant de gaz sortant du premier rouet et de redresser ce courant de gaz avant qu'il n'atteigne le deuxième rouet, ce diffuseur comprenant : une partie amont raccordée à la sortie du premier rouet, une partie intermédiaire coudée et une partie aval raccordée à l'entrée du deuxième rouet, cette partie aval comprenant une série d'aubes de redressement circulairement espacées les unes des autres.

Dans le présent exposé, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz (de l'amont vers l'aval) à travers le compresseur. On appelle axe du compresseur, l'axe de rotation du rotor (i.e. des rouets) du compresseur. La direction axiale correspond à la direction de l'axe du compresseur et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe du compresseur et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Sauf précision contraire, les adjectifs "avant" et "arrière" sont utilisés en référence à la direction axiale de sorte que la partie avant d'un élément est, suivant la direction axiale (i.e. axialement), plus proche de l'entrée du compresseur que la partie arrière du même élément. Enfin, sauf précision contraire, les adjectifs "intérieur" et "extérieur" sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale (i.e. radialement), plus proche de l'axe du compresseur que la partie extérieure du même élément. Concernant lesdites aubes de redressement, leur bord d'extrémité amont, ou bord d'attaque, est situé radialement à l'extérieur de leur bord d'extrémité aval, ou bord de fuite. En outre, ces aubes s'étendent entre deux plaques, ou flasques: une plaque avant et une plaque arrière, de 2 sorte que le bord avant de la face d'intrados (ou d'extrados) de l'aube est au contact de la plaque avant, tandis que le bord arrière de la face d'intrados (ou d'extrados) de l'aube est au contact de la plaque arrière. Deux aubes de redressement adjacentes définissent entre elles un canal dans lequel circule le gaz. Dans la direction aube à aube, chaque canal est délimité par la face d'extrados de l'une des aubes et par la face d'intrados de l'autre aube. Dans la direction axiale, chaque canal est délimité par les plaques avant et arrière. Enfin, on considère qu'une aube de redressement s'étend longitudinalement de son bord d'attaque à son bord de fuite, transversalement de sa face d'intrados à sa face d'extrados, et dans le sens de la hauteur, de sa face avant à sa face arrière. A une hauteur donnée, la corde d'une aube est la droite reliant le bord d'attaque et le bord de fuite de l'aube. Un plan de coupe transversal est perpendiculaire à cette corde et coupe donc successivement la face d'intrados et la face d'extrados de l'aube. Les performances globales (taux de compression, stabilité, etc.) d'un compresseur du type précité dépendent de multiples paramètres et, par exemple, de l'influence des aubes de redressement sur l'écoulement du gaz. En effet, les performances du deuxième rouet centrifuge dépendent, notamment, des caractéristiques de l'écoulement du gaz à la sortie des aubes de redressement. PRESENTATION DE L'INVENTION Un des objectifs de l'invention est de proposer une solution pour accroître les performances globales de ce type de compresseur. Selon cette solution, chaque aube de redressement comprend une portion amont qui s'étend depuis le bord d'attaque de l'aube et qui est telle que sa face d'intrados présente un profil qui est concave dans un plan de coupe transversal de l'aube.

Pour désigner ledit profil, on parle communément de profil "3D". Par ailleurs, pour désigner un profil non-concave dans un plan de coupe transversal, on parle communément de profil "2D". Ledit profil 3D peut présenter une courbure simple ou double. Dans le cas d'une simple courbure, le profil présente uniquement une concavité.

Dans le cas d'une double courbure, le profil a une forme générale en "S" et présente donc une concavité suivie d'une convexité.

Grâce à un tel profil 3D, dans ladite portion amont, il est possible de mieux contrôler l'incidence du fluide (i.e. du gaz) sur la hauteur de l'aubage, ce qui s'avère particulièrement intéressant lorsque l'angle d'écoulement au bord d'attaque diffère entre la tête et le pied de l'aubage.

Ceci permet de mieux adapter l'aubage à l'écoulement du fluide et donc de limiter les éventuelles sur-accélérations locales dues à une cambrure trop forte du profil de l'aubage. Au final, ceci permet de réduire les pertes de charge et d'améliorer les performances globales (taux de compression, rendement, etc.) du compresseur.

Selon un mode de réalisation, ladite portion amont, et donc le profil 3D, s'étend sur une longueur curviligne qui représente au plus 80% environ de la longueur curviligne de l'aube, mesurée à une hauteur quelconque le long de la face d'intrados. Dans ce cas, ladite portion amont ne s'étend donc pas jusqu'au bord de fuite de l'aube.

Ceci permet de conserver pour la portion aval un profil 2D, ce qui peut, dans certains cas, s'avérer intéressant. Par exemple, dans certains cas, une portion aval à profil 2D (et non 3D) est préférée car elle est plus économique à fabriquer, tout en étant satisfaisante du point de vue du contrôle de l'écoulement du fluide.

Selon un mode de réalisation, ladite portion amont, et donc le profil 3D, s'étend sur une longueur curviligne qui représente au moins 5% environ de la longueur curviligne de l'aube, mesurée à une hauteur quelconque le long de la face d'intrados. En dessous de 5%, l'influence du profil 3D en portion amont est considérée comme peu significative.

Selon un mode de réalisation, ledit profil 3D présente une concavité dont la profondeur diminue à mesure que l'on s'éloigne du bord d'attaque de l'aube, ce qui permet d'améliorer l'aubage localement, en amont, sans impacter l'écoulement du fluide en aval. Selon un autre mode de réalisation, ladite portion amont, et donc le profil 3D, s'étend sur une longueur curviligne qui, mesurée à une hauteur quelconque le long de la face d'intrados de l'aube, représente 100% de la longueur curviligne de l'aube. En d'autres termes, ladite portion amont s'étend depuis le bord d'attaque jusqu'au bord de fuite de l'aube. Cette dernière configuration présente les avantages suivants.

D'une part, comme expliqué plus haut, une portion amont à profil 3D permet de mieux contrôler l'incidence du fluide sur la hauteur de l'aubage, ce qui est particulièrement intéressant lorsque l'angle d'écoulement au bord d'attaque diffère entre la tête et le pied de l'aubage. D'autre part, lorsque le profil 3D s'étend jusqu'au bord de fuite, ce profil 3D permet de contrôler les écoulements en entrée du deuxième rouet du compresseur, et donc de délivrer au deuxième étage de compression un écoulement qui lui permet d'améliorer ses performances et sa stabilité. En outre, la présence d'un profil 3D sur toute la longueur de l'aube a pour effet additionnel de permettre un contrôle de l'incidence en bord d'attaque et, donc, de limiter les pertes aérodynamiques en bord d'attaque, et de permettre également un contrôle des angles d'écoulement en bord de fuite et, donc, de contrôler encore mieux l'écoulement délivré au deuxième rouet, de manière à améliorer encore les performances et la stabilité du deuxième étage de compression.

Un autre effet additionnel est celui de permettre de contrôler finement l'aérodynamique à l'intérieur du redresseur. En effet, en choisissant un profil 3D sur toute la longueur de l'aubage, il est possible de limiter les zones de fortes décélérations et, ainsi, de réduire les hétérogénéités de l'écoulement dans le redresseur et à la sortie de celui- ci, afin de limiter les pertes par cisaillement entre l'écoulement rapide et l'écoulement lent. De plus, en adaptant le profil 3D sur toute la longueur de l'aubage, il est possible de réduire, voire de faire disparaître, les décollements qui sont générateurs de pertes de performances aérodynamiques.

Ledit profil 3D peut présenter une concavité s'étendant sur toute la hauteur de la face d'intrados de l'aube, i.e. du bord avant (ou bord inférieur) jusqu'au bord arrière (ou bord supérieur) de la face d'intrados de l'aube, ou seulement sur une partie de la hauteur de la face d'intrados. Dans ce dernier cas, ladite concavité s'étend sur au moins 5% de la hauteur de la face d'intrados. En effet, en deçà de 5%, l'influence de ladite concavité est considérée comme peu significative. Ceci permet de contrôler les incidences sur toute ou partie de la hauteur de l'aubage et, ainsi, de réduire au maximum les pertes engendrées par les sur-accélérations dues aux effets d'incidence.

Le présent exposé a également pour objet une turbomachine comprenant un compresseur tel que décrit ci-dessus. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés.

Ces dessins sont schématiques et ne sont pas nécessairement à l'échelle, ils visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques ou analogues sont repérés par les mêmes signes de référence. En outre, des éléments (ou parties d'élément) appartenant à des exemples de réalisation différents mais ayant une fonction analogue sont repérés par les mêmes références numériques augmentées de 100, 200, etc. La FIG 1 représente partiellement et schématiquement, en coupe selon un plan axial, un exemple de turbomachine, cette turbomachine étant équipée d'un compresseur comprenant deux rouets centrifuges en série et, entre ceux-ci, un diffuseur. Les FIGS 2 et 3 représentent schématiquement, en perspective, un exemple d'aube de redressement de diffuseur. La FIG 4 représente schématiquement, en perspective, un autre 20 exemple d'aube de redressement. La FIG 5 est une vue analogue à celle de la FIG 3, représentant schématiquement, en perspective, encore un autre exemple d'aube de redressement. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 25 Les exemples de réalisation décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés, illustrent les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples. L'exemple de turbomachine 10 de la FIG 1 est destiné, de 30 préférence, à équiper un aéronef comme, par exemple, un hélicoptère. Le fonctionnement général d'une turbomachine 10 étant connu en soi, il ne sera pas détaillé dans le présent exposé. La turbomachine 10 présente une entrée 14 adaptée pour capter un gaz comburant, usuellement de l'air. Le trajet de l'air dans la 35 turbomachine est repéré sur les figures par des flèches F en pointillés. 6 Ce gaz comburant est ensuite comprimé dans un compresseur 15 à deux étages de compression. A cet effet, la turbomachine 10 comporte un premier 16 et un deuxième 17 rouet centrifuge. Ces rouets centrifuges 16, 17 tournent autour du même axe de rotation X et sont disposés en série.

Ainsi le gaz en provenance de l'entrée 14 alimente le rouet 16 et y est comprimé une première fois. Le gaz comprimé sortant du premier rouet 16 alimente ensuite le deuxième rouet 17 et y est comprimé une deuxième fois. On notera que le compresseur 15 pourrait comprendre plus de deux 10 étages de compression (i.e. plus de deux rouets). Un diffuseur 30 est situé entre les deux rouets 16, 17. Ce diffuseur 30 permet de diffuser le courant de gaz sortant du premier rouet 16 et de redresser ce courant de gaz avant qu'il n'atteigne le deuxième rouet 17. Le diffuseur 30 comprend, de l'amont vers l'aval : une partie amont 15 31 raccordée à (i.e. en communication fluidique avec) la sortie du premier rouet 16, une partie intermédiaire coudée 33 et une partie aval 35 raccordée à l'entrée du deuxième rouet 17. Le gaz comprimé dans le compresseur 15 gagne ensuite une chambre de combustion 22 où il est mélangé à un carburant puis brûlé. 20 Le gaz brûlé dans la chambre de combustion 22 est ensuite acheminé jusqu'à au moins une turbine 24 adaptée pour convertir au moins une partie de l'énergie cinétique des gaz brûlés en énergie mécanique permettant au moins l'entraînement des rouets 16, 17. Dans le cas d'un turbomoteur d'hélicoptère, cette énergie mécanique permet 25 également l'entraînement du récepteur (non représenté). Le diffuseur 30 présente un espace annulaire entourant le compresseur et permet de réduire la vitesse du gaz quittant le premier rouet centrifuge 16 et, de ce fait, d'accroître sa pression statique. Pour ce faire, la partie amont annulaire 31 du diffuseur, qui est orientée 30 sensiblement radialement, présente une série de passages de diffusion raccordés à la sortie du rouet centrifuge 16 pour récupérer le gaz accéléré sortant de celui-ci. Ces passages de diffusion ont une section qui s'accroît progressivement de l'intérieur vers l'extérieur afin de diffuser le courant de gaz sortant du rouet centrifuge 16. Les diffuseurs du type à aubes, comme celui de la FIG 1, utilisent une série d'aubes de diffusion 32 circulairement espacées et formant entre elles lesdits passages de diffusion. En aval de la partie amont 31, le diffuseur 30 comprend une partie intermédiaire 33 annulaire coudée, pour courber le trajet d'écoulement du diffuseur et ramener l'écoulement de gaz en direction de l'entrée du deuxième diffuseur centrifuge 17. En aval de cette partie intermédiaire 33, le diffuseur 30 comprend une partie aval annulaire 35 comprenant une série d'aubes de redressement 36 circulairement espacées, permettant de redresser l'écoulement de gaz et ainsi de réduire la giration de l'écoulement de gaz sortant des passages de diffusion, avant que cet écoulement n'entre dans le deuxième rouet centrifuge 17. Les FIGS 2 et 3 représentent schématiquement, en perspective selon deux angles différents, un exemple d'aube de redressement 36.

Cette aube de redressement 36 présente une face d'intrados 60 et une face d'extrados 62. Elle présente également un bord d'extrémité amont, ou bord d'attaque 40, et un bord d'extrémité aval, ou bord de fuite 50. Chaque aube 36 s'étend entre deux plaques, ou flasques : une plaque avant 37 et une plaque arrière 38 (voir FIG 1), de sorte que le bord avant 42 (voir FIGS 2, 3) de la face d'intrados 60, de l'aube 36 est au contact de la plaque avant 37, tandis que le bord arrière 44 de la face d'intrados de l'aube est au contact de la plaque arrière 38. Deux aubes 36 adjacentes définissent entre elles un canal dans lequel circule le gaz. Dans la direction aube à aube, chaque canal est délimité par la face d'extrados 62 de l'une des aubes et par la face d'intrados 60 de l'autre aube. Dans la direction axiale, chaque canal est délimité par les plaques avant et arrière 37, 38 (voir FIG 1). On rappelle que dans le présente exposé, on considère qu'une aube de redressement 36 s'étend longitudinalement de son bord d'attaque 40 à son bord de fuite 50, transversalement de sa face d'intrados 60 à sa face d'extrados 62, et dans le sens de la hauteur de sa face avant à sa face arrière. Comme représenté sur les FIGS 2 et 3, chaque aube de redressement 36 comprend une portion amont 36A qui s'étend depuis le bord d'attaque 40 de l'aube et qui est telle que sa face d'intrados 60 8 présente un profil 3D qui est concave dans un plan de coupe transversal de l'aube. Ce profil 3D présente une concavité dont la profondeur diminue à mesure que l'on s'éloigne du bord d'attaque 40 de l'aube, jusqu'à disparaître avant d'atteindre le bord de fuite 50. L'aube 36 présente ainsi une portion aval 36B non concave, présentant un profil 2D, qui s'étend après la portion amont 36A, jusqu'au bord de fuite 50 de l'aube. Dans l'exemple représenté, ledit profil 3D présente une concavité s'étendant sur toute la hauteur de l'aubage, i.e. depuis le bord avant 42 jusqu'au bord arrière 44 de la face d'intrados 60 de la portion amont 36A de l'aube 36. Ledit profil 3D présente, au niveau du bord d'attaque 40, comme le montre la FIG 3, une déformation D telle que D est strictement supérieure à la hauteur H du bord d'attaque 40 de l'aube et inférieure ou égale à deux fois cette hauteur H. La portion amont 36A, et donc le profil 3D, s'étend sur une longueur curviligne Lc qui, mesurée le long du bord avant 42 de la face d'intrados 60 de l'aube, représente environ 80% de la longueur curviligne L de ce bord avant 42.

La FIG 4 représente schématiquement, en perspective, un autre exemple d'aube de redressement 136. Cet exemple diffère de celui des FIGS 2 et 3 uniquement en ce que ladite portion "amont" 136A s'étend sur une longueur curviligne qui, mesurée le long du bord avant 142 de la face d'intrados 160 de l'aube, représente 100% de la longueur curviligne de ce bord avant 142. En d'autres termes, la portion 136A de profil 3D s'étend depuis le bord d'attaque 140 jusqu'au bord de fuite 150 de l'aube, l'aube 136 ne présentant pas de portion "aval" de profil 2D comme la portion 36B de la FIG. 3.

Ledit profil 3D présente alors, au niveau du bord de fuite 50, une déformation strictement supérieure à la hauteur du bord de fuite 50 et inférieure ou égale à deux fois cette hauteur. La FIG 5 représente schématiquement, en perspective, un autre exemple d'aube de redressement 236.

9 Cet exemple diffère de celui de la FIG 3 en ce que le profil 3D de la portion 236A présente une double courbure. Ainsi, ce profil 3D a une forme générale en "S" de sorte qu'il présente une concavité suivie d'une convexité. Dans l'exemple, la concavité est située du côté du bord avant 242 de l'aube 236 et la convexité est située du côté du bord arrière 244. Dans l'exemple de la FIG 5, la portion amont 236A de profil concave ne s'étend pas sur toute la longueur de l'aubage. Toutefois, à l'image de la portion 136A de la FIG 4, la portion amont 236A de profil 3D pourrait, le cas échéant, s'étendre sur toute la longueur de l'aubage, i.e. depuis le bord d'attaque 240 jusqu'au bord de fuite 250.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Compresseur de turbomachine comprenant au moins deux rouets centrifuges (16, 17) en série et un diffuseur (30) situé entre ces deux rouets (16, 17), ce diffuseur permettant de diffuser le courant de gaz sortant du premier rouet (16) et de redresser ce courant de gaz avant qu'il n'atteigne le deuxième rouet (17), ce diffuseur comprenant : une partie amont (31) raccordée à la sortie du premier rouet (16), une partie intermédiaire coudée (33) et une partie aval (25) raccordée à l'entrée du deuxième rouet (17), cette partie aval (17) comprenant une série d'aubes de redressement (36) circulairement espacées les unes des autres, ce compresseur étant caractérisé en ce que chaque aube de redressement (36) comprend une portion amont (36A) qui s'étend depuis le bord d'attaque (40) de l'aube et qui est telle que sa face d'intrados (60) présente un profil qui est concave dans un plan de coupe transversal de l'aube.
2. 2. Compresseur de turbomachine selon la revendication 1, dans lequel ladite portion amont (236) est telle que sa face d'intrados (260) présente un profil de forme générale en "S", dans un plan de coupe transversal de l'aube, ce profil présentant une concavité suivie d'une convexité.
3. 3. Compresseur de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit profil présente une concavité dont la profondeur diminue à 25 mesure que l'on s'éloigne du bord d'attaque (40) de l'aube.
4. 4. Compresseur de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit profil présente une concavité s'étendant depuis le bord avant (42) jusqu'au bord arrière (44) de la face 30 d'intrados (60) de ladite portion amont (36A).
5. 5. Compresseur de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite portion amont (36A) s'étend sur une longueur curviligne (Lc) qui, mesurée à une hauteur quelconque leIl long de la face d'intrados (60), représente au plus 80% de la longueur curviligne (L) de l'aube.
6. 6. Compresseur de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ladite portion amont (36A) s'étend sur une longueur curviligne (Lc) qui, mesurée à une hauteur quelconque le long de la face d'intrados (60), représente au moins 5% de la longueur curviligne (L) de l'aube.
7. 7. Compresseur de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite portion amont (136A), et donc ledit profil, s'étend depuis le bord d'attaque (140) jusqu'au bord de fuite (150) de l'aube.
8. 8. Turbomachine comprenant un compresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes.