FR2971020A1 - Soufflante ou compresseur de turbomachine - Google Patents

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Abstract

Soufflante ou compresseur de turbomachine, comprenant une roue mobile portant une pluralité d'aubes (18) entourées extérieurement par un carter (66) pourvu sur sa surface interne d'une couche (70) de matière abradable en regard des extrémités libres des aubes (18), caractérisé en ce qu'au moins un capteur plan (64) de mesure de jeu en sommet d'aube est porté par la surface interne du carter (66) et recouvert par la couche (70) de matière abradable.

Description

SOUFFLANTE OU COMPRESSEUR DE TURBOMACHINE
La présente invention concerne une soufflante ou un compresseur de turbomachine, comprenant des moyens de contrôle des jeux en sommet d'aube. De manière conventionnelle, une turbomachine à double flux comprend d'amont en aval une soufflante à la sortie de laquelle le flux d'air se divise en un flux d'air primaire circulant à l'intérieur d'un turboréacteur dans un compresseur, une chambre de combustion et une turbine et en un flux d'air secondaire circulant autour du turboréacteur. La soufflante est formée d'une roue mobile comportant un disque portant sur sa périphérie externe une pluralité d'aubes régulièrement réparties autour de l'axe du disque. Un carter entoure extérieurement les aubes. Pour éviter un passage d'air en sommet d'aubes qui diminuerait le rendement de la turbomachine, un revêtement en matière abradable est porté par la surface interne du carter de soufflante et disposé au droit des aubes de la soufflante. En fonctionnement, il est important de contrôler le jeu entre les extrémités radialement externe des aubes et le carter afin de maintenir en permanence une distance minimale mais suffisante entre les extrémités libres des aubes et le carter pour éviter tout contact pouvant nuire à la solidité mécanique de la roue de soufflante et donc réduire sa durée de vie. Il est également important de connaître le comportement vibratoire des aubes en rotation.
A cette fin, on a proposé de former une pluralité de bossages sur la surface externe du carter, chaque bossage comprenant un orifice débouchant à l'intérieur et à l'extérieur du carter pour l'insertion d'un capteur cylindrique de type capacitif engagé de sorte que sa face interne affleure sensiblement la surface interne du carter. La surface interne du carter en regard des extrémités radialement externes des aubes est recouverte de matière abradable à l'exception des zones portant les capteurs. Une cavité est ainsi formée entre la face active de chaque capteur et les extrémités radialement externes des aubes. Ces cavités sont nécessaires pour éviter tout contact entre les extrémités radialement externes des aubes et les capteurs.
Lors de la rotation de la roue de soufflante, ces cavités génèrent d'importantes nuisances sonores du fait du passage à grande vitesse des extrémités radialement externes des aubes de soufflante en regard des cavités. La formation des orifices dans les bossages du carter pose également des problèmes de tenue mécanique dans le cas d'un carter réalisé en matériau composite, ce qui peut créer des difficultés pour obtenir les certifications nécessaires à la commercialisation de la turbomachine. Enfin, un tel agencement des capteurs peut conduire à un encrassement de leur face active, pouvant induire des erreurs de mesure.
Pour résoudre cette dernière difficulté, il a été proposé de combler les cavités avec de la mousse polyuréthane. Toutefois, ce type de mousse se désagrège en fonctionnement. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces différents problèmes.
A cette fin, elle propose une soufflante ou un compresseur de turbomachine, comprenant une roue mobile comportant une pluralité d'aubes entourées extérieurement par un carter portant sur sa surface interne une couche de matière abradable en regard des extrémités libres des aubes, caractérisée en ce qu'au moins un capteur plan de mesure de jeu en sommet d'aube est porté par la surface interne du carter et recouvert par la couche de matière abradable. Les capteurs cylindriques relativement lourds et volumineux de la technique antérieure sont remplacés par des capteurs plans légers et de dimensions radiales très réduites, ce qui permet de les poser directement sur la surface interne du carter. De plus, l'utilisation de capteurs plans ne nécessite pas la réalisation de bossages ou perçages dans le carter, ce qui permet d'améliorer la tenue mécanique du carter et de réduire les nuisances sonores puisque les cavités en regard des extrémités radialement externes des aubes sont supprimées. L'encrassement des capteurs est également évité puisque ceux-ci sont protégés par la matière abradable. Enfin, le recouvrement des capteurs par la couche de matière abradable permet de les protéger contre l'humidité. Avantageusement, le capteur plan est un capteur de type capacitif. Il a une forme circulaire d'un diamètre de l'ordre de 30 millimètres et une épaisseur inférieure à I millimètre.
Avantageusement, le capteur est recouvert par une couche d'environ 5 à 7 millimètres d'abradable. Dans une réalisation particulière de l'invention, trois capteurs plans précités sont portés par le carter. Dans un agencement particulier, un capteur est placé en position latérale, les deux autres capteurs étant positionnés symétriquement sur le carter de part et d'autre du premier capteur Ces deux autres capteurs peuvent être placés en position supérieure et inférieure sur le carter. Selon une autre caractéristique de l'invention, le carter comprend au moins un orifice pour le passage d'un câble de connexion au capteur, cet orifice étant positionné axialement en dehors de la zone de rotation des aubes, de manière à éviter l'ajout de nuisances sonores par la formation de cavités d'air dans la zone axiale de passage des extrémités radialement externe des aubes.
Avantageusement, l'orifice précité est formé en amont du bord d'attaque des aubes. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, comprenant au moins une soufflante ou un compresseur équipé de capteurs de mesure de jeu en sommet d'aube du type décrit précédemment. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'une soufflante d'un turboréacteur ; la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'un capteur porté par le carter de la soufflante de la figure 1, dans la technique antérieure ; la figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation de l'invention ; la figure 4 est une vue de face d'un capteur plan utilisé dans l'exemple de la figure 3. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une soufflante 10 d'une turbomachine d'axe 12, comprenant une roue formée d'un disque 14 portant à sa périphérie une pluralité d'aubes 16 dont les pieds sont engagés dans des rainures du disque 14 et dont les pales 18 s'étendent radialement vers l'extérieur en direction d'un carter 20 de soufflante portant une nacelle 22 entourant extérieurement les aubes 16. La roue de soufflante est entraînée en rotation autour de l'axe 12 de la turbomachine par un arbre 24 fixé par des boulons 26 à une paroi tronconique 28 solidaire de la roue de soufflante. L'arbre 24 est supporté et guidé par un palier 30 lequel est porté par l'extrémité amont d'un support annulaire 32 fixé en aval à un carter intermédiaire (non représenté) disposé en aval d'un compresseur basse-pression 34 dont le rotor 36 est solidaire de la roue de soufflante par l'intermédiaire d'une paroi de liaison 38.
Le carter de soufflante 20 comprend sur une face interne un revêtement de matière abradable 40 disposé au droit des aubes 16 de soufflante et destiné à s'user lors d'un contact avec les extrémités radialement externes des aubes 16. Cette couche de matière abradable 40 permet de réduire les jeux entre les sommets des aubes 16 et le carter de soufflante 20 et ainsi d'optimiser les performances de la turbomachine. Le compresseur basse pression 34 comprend une alternance d'aubes fixes 42 portées par un carter externe 44 et de roues mobiles 46 portées par le rotor 36. Chaque roue mobile 46 comprend une pluralité d'aubes régulièrement réparties autour de l'axe 12 de la turbomachine et entourées extérieurement par une couche 48 de matière abradable portée par la surface interne du carter 44 du compresseur basse pression. Afin de mesurer les jeux aux sommets des aubes de la soufflante 10, on dispose plusieurs capteurs sur le carter 20 de soufflante 10. Ce carter 20 comprend des bossages 50 formés sur sa surface externe et espacés circonférentiellement les uns des autres. Chaque bossage 50 comprend un orifice 52 débouchant à l'intérieur du carter 20 dans la veine d'écoulement du flux d'air et contient un capteur 54 de forme sensiblement cylindrique, relié par un câble à des moyens de traitement 56. Chaque capteur 54 comprend une embase annulaire 57 à son extrémité radialement externe. Une cale annulaire 58 est intercalée entre l'embase 57 et la surface externe du bossage 50. Cette cale 58 assure un réglage du niveau d'insertion du capteur à l'intérieur de l'orifice. Chaque capteur 54 est inséré depuis l'extérieur du carter à l'intérieur d'un orifice 52 et l'épaisseur de la cale 58 est telle que la face active du capteur est en retrait à l'intérieur de l'orifice 52 par rapport au débouché de l'orifice dans la veine d'écoulement d'air. La couche de matière abradable 40 recouvre la surface interne du carter à l'exception des débouchés des orifices 52. Une cavité 60 est ainsi formée entre les extrémités radialement externes des aubes 18 et la face active 62 de chaque capteur 54. Comme indiqué précédemment, ce type de montage avec des 25 capteurs cylindriques 54 génère de fortes nuisances sonores du fait du passage à grande vitesse des aubes en face des cavités 60. L'invention se propose d'éviter cet inconvénient ainsi que ceux mentionnés précédemment en remplaçant les capteurs cylindriques par des capteurs plans 64 et en les recouvrant par une couche de matière 30 abradable 70 (figure 3). Chaque capteur 64 est monté sur la surface interne du carter 66 au droit des extrémités radialement externes des aubes 18 et est relié par un câble plat 68 à des moyens de traitement 56 agencés à l'extérieur du carter 66. Le câble 68 chemine sur la surface interne du carter 66 entre la couche d'abradable 70 et le carter 66 puis traverse le carter par un orifice 72 formé en amont du bord d'attaque des aubes 18. De cette manière, les orifices 72 de passage des câbles 68 des capteurs 64 sont décalés en amont de la zone de rotation des aubes 18, ce qui évite la formation de nuisances sonores du fait du passage à grande vitesse des aubes. Une fine couche d'abradable est intercalée entre le capteur 64 et la surface interne du carter 66 de manière à réaliser le collage initial du capteur 64 sur le carter 66 avant la mise en place de la couche d'abradable 70. Dans une réalisation pratique de l'invention, les capteurs 64 ont une forme circulaire et la couche d'abradable 70 recouvrant les capteurs est comprise entre 5 et 7 millimètres. Le diamètre du capteur 64 est de l'ordre de 30 millimètres et son épaisseur est inférieure à 1 millimètre et par exemple comprise entre 0,4 et 0,7 millimètre. Le diamètre de la partie active 74 du capteur est de l'ordre de 8 à 9 millimètres. Avantageusement, la soufflante comprend trois capteurs, un premier étant agencé en position supérieure sur le carter, c'est-à-dire à midi par rapport au cadran d'une montre, un autre étant agencé en position inférieure, c'est-à-dire agencé diamétralement à l'opposé du premier capteur, le troisième étant agencé entre les deux autres capteurs à 90° de chacun d'eux.
Les capteurs 64 de mesure des jeux en sommets d'aubes sont par exemple de type capacitif. Le fait de recouvrir le capteur capacitif de matériau abradable permet d'améliorer la mesure du jeu en sommets d'aubes par rapport à la technique antérieure du fait que la permittivité de la matière abradable est environ deux fois plus grande que celle de l'air. La matière abradable peut être par exemple une résine obtenue par vulcanisation à température ambiante (plus connu sous l'acronyme anglais de RTV pour « Room Temperature Vulcanization ») ou bien du Minnesota Ec 3524®. Ce qui a été décrit en référence à une soufflante 10 de turbomachine s'applique également à toute autre partie d'une turbomachine permettant l'installation de capteurs 64 de mesure des jeux en sommets d'aubes dans une couche d'abradable comme décrit précédemment. En particulier, l'invention est applicable au compresseur basse pression 34 de la figure 1 et qui comprend des couches de matière 48 abradable en regard des extrémités radialement externe des aubes.
Les orifices 72 de passage des câbles 68 des capteurs 64 ont un diamètre de l'ordre de 3 millimètres, ce qui est très nettement inférieur au diamètre des orifices 52 de montage des capteurs de la technique antérieure qui est de l'ordre de 30 millimètres. Les orifices 72 ont donc une section suffisamment faible pour n'avoir aucune impact sur la tenue mécanique du carter 66 en fonctionnement.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Soufflante ou compresseur de turbomachine, comprenant une roue mobile (16, 46) comportant une pluralité d'aubes (18) entourées extérieurement par un carter (66) portant sur sa surface interne une couche (70) de matière abradable en regard des extrémités libres des aubes (18), caractérisée en ce qu'au moins un capteur plan (64) de mesure de jeu en sommet d'aube est porté par la surface interne du carter (66) et recouvert par la couche (70) de matière abradable.
  2. 2. Soufflante ou compresseur de turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur plan (64) est un capteur de type capacitif.
  3. 3. Soufflante ou compresseur de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur plan (64) a une forme circulaire d'un diamètre de l'ordre de 30 mm et une épaisseur inférieure à I millimètre.
  4. 4. Soufflante ou compresseur de turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (64) est recouvert par une couche d'environ 5 à 7 millimètres d'abradable.
  5. 5. Soufflante ou compresseur de turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins trois capteurs plans (64) précités sont portés par le carter (66).
  6. 6. Soufflante ou compresseur de turbomachine selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un capteur (64) est agencé en position latérale, les deux autres capteurs étant positionnés symétriquement sur le carter de part et d'autre du premier capteur.
  7. 7. Soufflante ou compresseur de turbomachine selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux autres capteurs sont agencé en position supérieure et inférieure sur le carter (66).
  8. 8. Soufflante ou compresseur de turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter (66) comprend au moins un orifice (72) pour le passage d'un câble (68) de connexion aucapteur (64), cet orifice (72) étant positionné axialement en dehors de la zone de rotation des aubes (18).
  9. 9. Soufflante ou compresseur de turbomachine selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'orifice (72) précité est formé en amont du bord 5 d'attaque des aubes (18).
  10. 10.Turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une soufflante ou un compresseur équipé de capteurs de mesure de jeu en sommet d'aube selon l'une des revendications précédentes.
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