FR2988787A1 - Redresseur a calage variable pour compresseur de turbomachine comprenant deux anneaux internes - Google Patents

Abstract

- Redresseur à calage variable pour compresseur de turbomachine comprenant deux anneaux internes. - Le redresseur à calage variable de compresseur comporte une pluralité d'aubes radiales (10) coopérant, à leurs extrémités extérieures (11) à pivots (14), avec un carter externe fixe du compresseur et, à leurs extrémités intérieures (12) à pivots (15), avec deux anneaux internes amont (20) et aval (21), respectivement, entre lesquels sont reçus les pivots (15) et qui sont assemblés par un dispositif de liaison (22). Selon l'invention, ce dernier comprend un ensemble de secteurs angulaires d'étriers élastiquement déformables (25), agencés pour enserrer les bords périphériques internes desdits anneaux amont et aval (20, 21), par pincement, l'un contre l'autre.

Description

La présente invention concerne les redresseurs à calage variable pour compresseur de turbomachine, en particulier les redresseurs pour compresseur haute pression de turboréacteur ou turbopropulseur d'aéronef. On sait que les compresseurs pour turboréacteur comprennent généralement une pluralité d'étages successifs alignés selon l'axe longitudinal du moteur et composés alternativement d'étages mobiles, formant les rotors ou roues du compresseur et dont les aubages accélèrent le flux gazeux en le déviant par rapport audit axe, et d'étages fixes, formant les stators ou redresseurs et dont les aubages transforment partiellement la vitesse du flux en pression et redressent celui-ci en direction de l'étage mobile suivant. Ces redresseurs, notamment pour ceux qui occupent les premiers étages du compresseur, sont dits à calage variable, c'est-à-dire que leurs aubes radiales, bien que fixes en rotation par rapport à l'axe du compresseur, peuvent tourner autour de leur propre axe pour ramener l'écoulement d'air traversant les aubes des rotors dans l'axe du compresseur et cela quelle que soit la vitesse de rotation de ces derniers. Aussi, dans ces étages, les aubes des redresseurs comportent, à leurs extrémités extérieures et intérieures, des pivots alignés formant l'axe de pivotement des aubes. Pour cela, les pivots des extrémités extérieures (ou têtes) coopèrent avec des logements prévus dans un carter externe fixe du compresseur, et les pivots des extrémités intérieures (ou pieds) sont reçus dans des logements formés par deux anneaux, respectivement amont et aval, (par rapport à l'écoulement gazeux dans le compresseur) assemblés l'un contre l'autre par un dispositif de liaison, par exemple, des boulons ou analogues. Si le nombre des aubes des redresseurs à calage variable est réduit, les boulons sont agencés entre les pivots successifs des extrémités intérieures des redresseurs, et traversent les anneaux amont et aval. En revanche, si le nombre des aubes est important, notamment sur des moteurs de faibles dimensions, le pas entre deux pivots successifs est insuffisant pour placer les boulons. Dans ce cas, les extrémités intérieures des anneaux sont prolongées radialement vers l'intérieur, sous les pivots, pour permettre le montage des boulons du dispositif de liaison et, par suite, le serrage des deux anneaux adossés de chaque redresseur. Si la fixation elle-même des pivots des extrémités inférieures est bien assurée, en revanche, cette solution entraîne l'augmentation de l'encombrement radial des anneaux, ce qui pose des problèmes d'espacement et de rigidité du compresseur, en obligeant à éloigner les parois latérales annulaires des disques de rotor, d'où sont issues les aubes concernées, de la veine de circulation de l'écoulement gazeux.

De plus, cette augmentation de l'encombrement est encore préjudiciable puisqu'il faut tenir compte des supports de matériau abradable prévus de façon usuelle en périphérie des anneaux amont et aval réunis des redresseurs pour assurer l'étanchéité avec des joints à lèvres (léchettes) prévus sur les parois des disques de rotor.

Pour pallier ces problèmes, des solutions ont été apportées en supprimant les boulons comme dispositif de liaison. Par exemple, dans le cas d'une architecture de compresseurs à plan de joint, avec des carters assemblés de 180° chacun, on glisse des demi-anneaux de 180°, formant le dispositif de liaison, pour relier des demi- anneaux intérieurs amont et aval, les anneaux amont et aval étant dans cette architecture composés, pour chacun d'eux, de deux demi-anneaux assemblés de 180° chacun. Cependant, cette solution ne se monte que sur une structure de compresseur en demi-coquilles (180°) et n'est pas applicable à une architecture de compresseur ayant des carters et anneaux de 360°.

Dans un autre exemple, les pivots des extrémités intérieures des aubes des redresseurs sont totalement supprimés, ce qui permet de s'affranchir du dispositif de liaison et de ramener au mieux les parois latérales annulaires des disques de rotor le long de la veine. Cependant, une telle solution conduit à monter les aubes du disque redresseur en porte-à-faux, lesquelles ne sont maintenues que par les pivots des extrémités extérieures, ce qui provoque un phénomène de couche limite avec une diminution des performances du compresseur et une résistance mécanique moindre. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. À cet effet, le redresseur à calage variable de compresseur, du type comportant une pluralité d'aubes radiales coopérant à leurs extrémités extérieures à pivots, avec un carter externe fixe du compresseur et, à leurs extrémités intérieures à pivots, avec deux anneaux internes amont et aval, respectivement, entre lesquels sont reçus les pivots et qui sont assemblés par un dispositif de liaison, est remarquable par le fait que le dispositif de liaison comprend un ensemble de secteurs angulaires d'étriers élastiquement déformables, agencés pour enserrer les bords périphériques internes desdits anneaux amont et aval, par pincement, l'un contre l'autre. Ainsi, grâce à l'invention, un tel dispositif de liaison par des étriers sectorisés arqués, analogues à des clips et successivement agencés autour de la périphérie interne des deux anneaux, permet de réduire l'encombrement radial des redresseurs comparativement aux réalisations précédentes à boulons (lorsque les aubes sont très rapprochées) et de rigidifier au mieux le compresseur, avec les parois des disques de rotor au plus près de la veine d'écoulement intérieure. Cette solution compacte de l'invention, sans boulons, permet de s'appliquer avantageusement à des architectures de compresseurs ayant des carters monoblocs à 360° et, donc, des anneaux internes de 360°. Bien entendu, des étriers arqués élastiques peuvent également servir à fixer des dem i-anneaux de 180° (voir d'autres valeurs) dans le cas d'une architecture de compresseurs de ce type.

Par ailleurs, ce dispositif de liaison permet de conserver les pivots des extrémités intérieures des aubes, évitant les problèmes aérodynamiques et mécaniques résultant de leur suppression dans la solution antérieure précitée. De préférence, les étriers sectorisés ont une section transversale sensiblement en forme de U ou analogue.

Ainsi, leur montage est aisé depuis l'intérieur des anneaux amont et aval adossés, en les déplaçant radialement vers l'extérieur après l'engagement des bords périphériques internes des anneaux entre les ailes des étriers élastiquement déformables jusqu'au fond de ces derniers. Avantageusement, pour renforcer le maintien des étriers par rapport aux anneaux internes amont et aval, les étriers sectorisés du dispositif de liaison sont pourvus d'un moyen de rétention avec lesdits anneaux pincés. Dans une réalisation particulière, le moyen de rétention est ménagé sur les ailes opposées des étriers sectorisés et comprend des rebords internes faisant saillie respectivement vers l'intérieur de chaque étrier et aptes à s'engager dans des encoches prévues en correspondance dans des faces transversales extérieures des anneaux assemblés. Selon une autre caractéristique, à chacun des étriers sectorisés est associé un support de réception pour un matériau abradable. Ainsi, un même ensemble constitue le dispositif de liaison et le matériau abradable en associant deux fonctions, ce qui simplifie notamment la fabrication et le montage. De préférence, chaque support est fixé par soudage à l'extérieur du fond de l'étrier sectorisé correspondant et s'étend tout du long du fond de chaque étrier pour recevoir le matériau abradable. Par ailleurs, les étriers sectorisés sont immobilisés en rotation par rapport auxdits anneaux assemblés, ce qui facilite notamment leur montage. Selon un exemple de réalisation, l'immobilisation en rotation desdits étriers sectorisés est obtenue par des plots d'arrêt en rotation faisant latéralement saillie des faces transversales desdits anneaux assemblés et entre deux plots consécutifs s'engagent les faces transversales d'extrémité d'un étrier. Pour assurer l'étanchéité axiale entre les étriers, selon l'axe des anneaux, les faces transversales d'extrémité desdits étriers sont étagées de sorte qu'une face étagée d'un étrier coopère avec une face étagée complémentaire d'un étrier contigu.

L'invention concerne également un compresseur de turbomachine, tel qu'un compresseur haute pression d'un turbomoteur, comportant une succession alternée de roues formant des rotors, et de redresseurs formant des stators. Avantageusement, il comprend des redresseurs à calage variable tels que définis précédemment.

Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale et partielle d'un compresseur de turbomachine comportant des redresseurs à calage variable, à anneaux internes amont et aval, assemblés par un dispositif de liaison conforme à l'invention. La figure 2 est une loupe agrandie L du dispositif de liaison des anneaux d'un redresseur de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective partielle du redresseur avec les anneaux internes pincés par les étriers élastiques du dispositif de liaison. Les figures 4 et 5 montrent le montage d'un des étriers du dispositif pour unifier les deux anneaux internes, respectivement selon des vues transversale et de face de ceux-ci. La figure 6 est une vue de dessus partielle montrant deux étriers consécutifs avec contact axial entre eux. La partie de compresseur 1 illustrée sur la figure 1 est celle d'un compresseur haute pression d'un turbomoteur d'axe A pour aéronef et montre des étages successifs 2 alternativement composés de rotors ou roues 3 et de stators ou, dans l'application décrite selon l'invention, de redresseurs 4 à calage variable. Chaque roue 3 représentée comprend un disque 5 à la périphérie duquel sont radialement prévues des aubes 6 et qui se prolonge latéralement et de part et d'autre par des parois latérales annulaires 7 se fixant à des parois latérales correspondantes de disques de rotor adjacents. Ces disques 5 de rotor 3 entourent l'arbre basse pression 9 et le tirant 8 du corps haute pression qui sont concentriques.

Chaque redresseur 4 comprend des aubes radiales 10 disposées entre les aubes 6 des roues, et dont les extrémités extérieures 11 et intérieures 12 sont munies de pivots 14, 15 pour permettre à ces aubes 10 dans ce type de redresseurs (bien que fixes en rotation par rapport à l'axe A) d'être à calage variable comme on le verra ci-après. Ces pivots 14, 15 forment ainsi des articulations cylindriques. En particulier, les pivots 14 des extrémités extérieures ou têtes 11 sont reçus, par l'intermédiaire de douilles 17, dans des logements 16 d'un carter externe fixe 18 du compresseur.

A l'opposé, comme le montrent davantage la figure 2 (loupe L de la figure 1) et les figures 3 et 4, les pivots 15 des extrémités intérieures ou pieds 12 sont reçus, également par l'intermédiaire de douilles 17, dans des demilogements cylindriques 19 d'anneaux 20, 21 adossés l'un contre l'autre et fixés entre eux par un dispositif de liaison 22 conformément à l'invention.

Préalablement à la description de ce dispositif 22, le carter externe 18 et les disques 5 et anneaux 20, 21 successifs délimitent la veine annulaire 23 pour cette partie du compresseur 1, dans laquelle circule d'amont en aval de ce dernier, le flux ou écoulement gazeux symbolisé par la flèche F sur la figure 1, et traversant les aubes radiales 6 et 10.

Par rapport à ce flux F, les anneaux adossés des redresseurs sont désignés anneaux amont 20 et aval 21, et forment après la mise en place du dispositif de liaison 22, un unique anneau à part entière. La réalisation en deux anneaux distincts est notamment rendue nécessaire par l'architecture du compresseur à carter monobloc de 360°, conduisant à prévoir deux anneaux amont et aval pour le montage des aubes 10. Les deux pivots cylindriques 14, 15 de chaque aube radiale 10 sont alignés selon un axe B (pouvant être perpendiculaire à l'axe A), de sorte que les aubes de chaque redresseur à calage variable peuvent tourner autour de leur axe B par un système de commande spécifique 24 que l'on voit en partie sur la figure 1. Les aubes du redresseur sont bien entendu fixes en rotation par rapport à l'axe A.

Pour maintenir les deux anneaux amont et aval 20, 21 de chaque redresseur 4 (figures 2-4), le dispositif de liaison 22 comprend une pluralité de secteurs angulaires d'étriers élastiquement déformables 25 destinés à venir enserrer, à la manière de clips (par pincement), la périphérie des bords intérieurs 26, 27 des anneaux 20, 21. Ces étriers 25 sont identiques et ont une section transversale sensiblement en forme de U avec des ailes latérales et opposées 28, 29 aptes à venir s'appliquer contre les faces transversales extérieures 30, 31 des anneaux 20, 21, au niveau des bords 26, 27 respectivement, tandis que le fond ou base 32 de ces étriers est destiné à venir contre la jante intérieure 33, 34 des anneaux. L'ensemble des étriers sectorisés 25, placés successivement les uns à la suite des autres, entoure ainsi la totalité des bords périphériques intérieurs 26, 27 desdits anneaux. Avant de détailler davantage la structure des étriers et leur montage sur les anneaux, on constate que l'agencement de tels étriers n'augmente pas le rayon des anneaux des stators (contrairement aux solutions à boulons précédentes), de sorte que les parois latérales 7 des disques 5 des rotors 3 restent proches du profil de la veine 23, ce qui favorise la rigidité de l'ensemble du rotor du compresseur. Comme le montrent les figures 2, 3 et 4, les étriers 25 comprennent chacun un moyen de rétention 35 avec les anneaux amont et aval pour renforcer la liaison. Dans cet exemple de réalisation, le moyen de rétention 35 est constitué de deux rebords 36 ménagés symétriquement près du bout libre des ailes 28, 29 et tournés l'un vers l'autre. Ces rebords 36 présentent une forme arrondie pour faciliter le montage des étriers 25 et ne pas endommager les anneaux. Aussi, pour recevoir ces rebords 36, dans les faces transversales 30, 31 des anneaux sont prévues des encoches correspondantes 37 circonférentielles. Par ailleurs, chaque étrier 25 est avantageusement pourvu d'un matériau abradable 38 destiné à venir au contact, à des fins d'étanchéité, de joints à lèvres 39 (léchettes) prévus en regard sur les parois latérales 7 des disques 5 (figures 1 et 2).

Pour cela, sur le dos extérieur du fond 32 des étriers est rapporté un support 40 sur lequel est disposé le matériau abradable 38. On voit, notamment sur les figures 2 à 4, que les supports 40, réalisés à partir d'une plaque, ont un profil transversal sensiblement en U aplati avec une large base 41 s'étendant sensiblement sur le fond 32 de chaque étrier, et deux ailes latérales 42 de faible hauteur, de sorte que le matériau abradable est déposé de façon appropriée. Pour fixer le support à l'étrier, on effectue de préférence une opération de soudage entre le fond 32 et la base 41. Le montage des étriers 25 pour fixer les deux anneaux amont 20 et aval 21 se déroule de la façon suivante. Tout d'abord, avec une telle architecture de compresseur 1 à carter de 360°, les aubes radiales 10 sont montées, par les pivots 14 des extrémités extérieures 11 dans les logements 16 du carter externe fixe 18. Puis, les deux anneaux amont et aval 20, 21 sont disposés de part et d'autre des pivots 15 de l'extrémité intérieure 12, de manière que leurs demi-logements cylindriques 19 entourent les pivots. A ce moment, les deux anneaux adossés l'un contre l'autre doivent être solidarisés l'un à l'autre. Pour ce faire, comme le montrent les figures 4 et 5, chaque étrier sectorisé 25 est présenté à l'intérieur des deux anneaux 20, 21 puis déplacé radialement vers l'extérieur selon la flèche R des figures 4 et 5. Au passage des bords 26 et 27 des anneaux, les rebords internes 36, dont la distance les séparant est, en position de repos de l'étrier, inférieure à la largeur des bords, s'écartent l'un de l'autre, puis, par l'action radiale sur l'étrier (flèche R), ce dernier chevauche les bords 26, 27 jusqu'au moment où les rebords internes 36 s'engagent élastiquement et spontanément dans les encoches circonférentielles 37 des anneaux 20, 21. A ce moment là, les ailes28, 29 et le fond 32 de l'étrier 25 sont alors en place, enserrant par pincement, les bords 26, 27 des anneaux.

Aussi, pour placer correctement chaque secteur d'étrier arquée les uns à la suite des autres autour des bords périphériques internes 26, 27 des anneaux 20, 21, et empêcher leur rotation le long des bords, des plots d'arrêt en rotation 44 sont prévus le long des faces transversales extérieures 30, 31 des anneaux. Les plots 44 peuvent être obtenus par usinage et sont régulièrement espacés angulairement les uns des autres d'un pas approprié pour assurer le montage correct des étriers. On remarque, sur la figure 5, que les plots ont, vu en plan, une forme trapézoïdale nécessaire pour engager radialement entre deux plots consécutifs, les étriers 25, dont les faces transversales d'extrémité 45 des ailes 28, 29 sont elles aussi légèrement obliques et complémentaires des plots trapézoïdaux en convergeant vers l'extérieur du redresseur. Ainsi, les faces transversales 45 de chaque étrier 25 se glissent entre deux plots trapézoïdaux 44 assurant l'immobilisation en rotation de l'étrier. Lorsque l'ensemble des étriers élastiquement déformables 25 est monté comme le montre la figure 3, les deux anneaux amont 20 et aval 21 sont fermement pincés et solidaires l'un de l'autre. Dans cet exemple, huit étriers de secteur angulaire de 45° chacun sont prévus. Tout autre choix pourrait être envisageable sans sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, pour que le matériau abradable 38 soit totalement reconstitué et forme un ensemble circulaire continu avec une étanchéité maximale avec les léchettes 39, les bases 41 des supports 40 de cet abradable sont légèrement plus longues que le fond des étriers. On remarque également que, pour assurer une étanchéité entre les étriers sectorisés consécutifs 25 à matériau abradable entre lesquels peut exister un jeu, les faces transversales 45 des étriers peuvent être étagées de la manière représentée sur la figure 6. Pour cela, on prévoit un décrochement 46 en forme de marche sur l'une des faces transversales 45 d'un étrier secteur et un décrochement 47 en forme de marche alors symétrique du précédent sur la face transversale 45 en regard d'un étrier adjacent.

Ainsi, un contact axial est maintenu entre les deux étriers consécutifs 25 par les parties droites 48, 49 des décrochements 46, 47, perpendiculaires aux faces étagées. Ce dispositif de liaison 22 des anneaux amont 20 et aval 21 à étriers élastiques 25, permet de réduire au mieux l'encombrement radial des redresseurs à calage variable (et par suite de réduire la masse) dans le cas d'une architecture de carter à 360°, sans supprimer les pivots intérieurs des aubes des redresseurs. 15

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Redresseur à calage variable de compresseur, comportant une pluralité d'aubes radiales (10) coopérant, à leurs extrémités extérieures (11) à pivots (14), avec un carter externe fixe du compresseur et, à leurs extrémités intérieures (12) à pivots (15), avec deux anneaux internes amont (20) et aval (21), respectivement, entre lesquels sont reçus les pivots (15) et qui sont assemblés par un dispositif de liaison (22), caractérisé par le fait que le dispositif de liaison (22) comprend un ensemble de secteurs angulaires d'étriers élastiquement déformables (25), agencés pour enserrer les bords périphériques internes (26, 27) desdits anneaux amont et aval (20, 21), par pincement, l'un contre l'autre.
2. 2. Redresseur selon la revendication 1, dans lequel les étriers sectorisés (25) ont une section transversale sensiblement en forme de U ou analogue.
3. 3. Redresseur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les étriers sectorisés (25) sont pourvus d'un moyen de rétention (35) avec lesdits anneaux pincés.
4. 4. Redresseur selon la revendication 3, dans lequel le moyen de rétention (35) est ménagé sur les ailes opposées (28, 29) des étriers sectorisés (25) et comprend des rebords internes (36) faisant saillie respectivement vers l'intérieur de chaque étrier et aptes à s'engager dans des encoches (37) prévues en correspondance dans les faces transversales des anneaux assemblés.
5. 5. Redresseur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel à chacun des étriers sectorisés (25) est associé un support de réception (40) pour un matériau abradable (38).
6. 6. Redresseur selon la revendication 5, dans lequel chaque support (40) est fixé par soudage à l'extérieur du fond (32) de l'étrier sectorisécorrespondant (25) et s'étend tout du long du fond de chaque étrier pour recevoir le matériau abradable.
7. 7. Redresseur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les étriers sectorisés (25) sont immobilisés en rotation par rapport auxdits anneaux assemblés (20, 21).
8. 8. Redresseur selon la revendication 7, dans lequel l'immobilisation en rotation desdits étriers sectorisés est obtenue par des plots d'arrêt en rotation (44) faisant latéralement saillie des faces transversales (30, 31) desdits anneaux assemblés et entre deux plots consécutifs s'engagent les faces transversales d'extrémité d'un étrier.
9. 9. Redresseur selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les faces transversales d'extrémité (45) desdits étriers (25) sont étagées de sorte qu'une face étagée d'un étrier coopère avec une face étagée complémentaire d'un étrier contigu.
10. 10. Compresseur de turbomachine comportant une succession alternée de roues (3) formant rotors et de redresseurs (4) formant stator, caractérisé par le fait qu'il comprend des redresseurs à calage variable (4) selon l'une des revendications 1 à 9. 25