FR3004214A1 - Etage redresseur de turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un étage redresseur (2) de turbomachine comportant un aubage (8, 9, 10) comprenant deux parois annulaires coaxiales (8, 9), respectivement radialement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des aubes (10) sensiblement radiales, et une virole annulaire (15) portant un matériau abradable (13), située radialement à l'intérieur de la paroi interne (8) de l'aubage, caractérisé en ce que la virole (15) est formée sur 360° d'une seule pièce portant le matériau abradable (13) et comporte deux butées (27, 28) s'étendant radialement, respectivement amont et aval, coopérant avec des parties amont et aval (21, 22) de la paroi annulaire interne (8) de manière à immobiliser axialement la virole (15) par rapport à l'aubage (8, 9, 10).

Description

Etage redresseur de turbomachine La présente invention concerne un étage redresseur d'une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, ainsi qu'un procédé de montage d'un tel étage redresseur. Un étage redresseur d'un compresseur haute pression ou basse pression de turbomachine comprend classiquement un aubage formé de deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des aubes sensiblement radiales, et une virole portant un matériau abradable et comportant des moyens de fixation à la périphérie interne de la paroi annulaire interne. Dans le compresseur, l'étage redresseur s'étend autour d'une partie de rotor qui porte des léchettes annulaires externes destinées à coopérer avec le matériau abradable de la virole pour former un joint d'étanchéité à labyrinthe et ainsi limiter le passage de gaz entre le rotor et le stator. Dans la technique actuelle, la virole porte-abradable est fixée sur la paroi interne de l'aubage au moyen de deux crochets annulaires, respectivement amont et aval. Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation du flux d'air ou de gaz au travers de l'étage redresseur. L'étage redresseur est sectorisé et les secteurs de virole sont montés sur les secteurs de la paroi interne de l'aubage par engagement et coulissement en direction circonférentielle des secteurs de crochet de la virole sur des parties correspondantes des secteurs de la paroi interne de l'aubage. Une telle structure nécessite de réaliser des gorges dans la paroi interne de l'aubage, par exemple par usinage, de manière à recevoir les crochets. De telles gorges peuvent être complexes à réaliser, en particulier lorsque la paroi interne de l'aubage est en un matériau difficilement usinable, tel qu'un superalliage à base nickel de type Inconel 718 par exemple. Par ailleurs, les jeux entre les différents secteurs de la virole génèrent des fuites de recirculation d'air ou de gaz, qui sont préjudiciables au rendement de la turbomachine. La demande de brevet FR 12/60119, au nom de la Demanderesse et non encore publiée, décrit un étage redresseur de turbomachine, dans lequel la virole support d'abradable comporte un seul crochet, engagé dans une gorge de la paroi interne de l'aubage, et une butée axiale coopérant avec une face d'appui de ladite paroi interne pour empêcher le crochet de se désengager de la paroi interne de l'aubage. L'aubage et la virole sont tous deux sectorisés. Ainsi, dans cette demande de brevet, l'un des deux crochets de fixation de la virole décrite précédemment est remplacé par une butée axiale qui est moins encombrante qu'un crochet et qui autorise l'utilisation de l'aubage redresseur dans un moteur de petite taille.

Bien qu'une telle structure ne comporte qu'un seul crochet, elle présente également les problèmes précités de formation du crochet et/ou de la gorge d'engagement du crochet et de génération de flux de recirculation d'air ou de gaz au travers des jeux inter-secteurs de la virole. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 20 efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose un étage redresseur de turbomachine, comportant un aubage comprenant deux parois annulaires coaxiales, respectivement radialement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des aubes sensiblement radiales, et une virole portant un matériau 25 abradable, située radialement à l'intérieur de la paroi interne de l'aubage, caractérisé en ce que la virole est formée sur 360° d'une seule pièce portant le matériau abradable et comporte deux butées s'étendant radialement, respectivement amont et aval, coopérant avec des parties amont et aval de la paroi annulaire interne de manière à immobiliser 30 axialement la virole par rapport à l'aubage.

Selon l'invention, le maintien axial de l'aubage par rapport à la virole est réalisé par les butées amont et aval. Par ailleurs, le fait que la virole soit formée d'une seule pièce ne rend pas indispensable son accrochage sur la paroi interne de l'aubage.

Une telle structure ne nécessite pas l'utilisation de crochets de fixation entre la virole porte-abradable et la paroi interne de l'aubage. La réalisation de l'étage redresseur en est donc simplifiée. De plus, la virole porte-abradable n'étant pas formée de plusieurs secteurs agencés bout-à-bout, le risque de recirculation d'air ou de gaz précité est évité. De préférence, les butées de la virole sont dépourvues de crochet de fixation sur la paroi annulaire interne de l'aubage. En outre, la virole peut comporter une première zone, située radialement à l'extérieur, de section générale en U, comportant une base cylindrique ou tronconique à partir de laquelle s'étendent un rebord radial amont et un rebord radial aval formant lesdites butées, la paroi annulaire interne de l'aubage comportant une partie insérée dans le logement annulaire délimité entre la base et les rebords amont et aval de la première zone.

Dans ce cas, ladite partie de la paroi annulaire interne peut comporter des rebords radiaux amont et aval, destinés à venir en appui respectivement contre les rebords radiaux amont et aval de la virole. Selon une caractéristique de l'invention, la virole comporte une seconde zone, située radialement à l'intérieur, de section générale en U, comportant une base cylindrique ou tronconique à partir de laquelle s'étendent un rebord radial amont et un rebord radial aval, le matériau abradable étant logé dans le logement annulaire délimité entre la base et les rebords amont et aval de la seconde zone. Le matériau abradable peut être formé de blocs métalliques en nid d'abeille fixés sur la surface radialement interne de la virole ou d'un revêtement abradable projeté sur cette surface.

De préférence, l'aubage est constitué d'au moins deux secteurs angulaires, chaque secteur angulaire venant en appui radialement vers l'extérieur sur un élément fixe, par exemple sur un carter. Dans ce cas, au moins un organe élastique est monté entre la paroi interne de l'aubage et la virole, de manière à repousser chaque secteur de l'aubage radialement vers l'extérieur, contre l'élément fixe. A cause des écarts de température et des différences de matériaux utilisés habituellement pour la réalisation de l'étage redresseur, la maîtrise des jeux radiaux est un critère essentiel pour le bon fonctionnement de la turbomachine, en particulier dans les liaisons entre les secteurs de l'aubage et l'élément fixe (par exemple un carter externe), et entre les secteurs de l'aubage et la virole porte-abradable. Selon l'invention, ces jeux sont rattrapés par l'organe élastique qui maintient les secteurs de l'aubage en appui contre l'élément fixe externe.

Cet organe élastique peut également assurer une fonction d'amortissement permettant de dissiper une partie de l'énergie des vibrations auxquelles les pales de l'aubage sont soumises en fonctionnement. En fonctionnement, les pales sont soumises à des modes de vibration, notamment de torsion autour de leurs axes, qui provoquent des micro-déplacements relatifs de la paroi interne de l'aubage et de l'organe élastique, qui peuvent se traduire par des frottements de l'organe élastique sur la paroi interne de l'aubage par exemple et par la dissipation d'une partie de l'énergie des vibrations. Avantageusement, l'organe élastique est annulaire et a une section circulaire en C ou en oméga. Plus généralement, la section est optimisée de façon à ajuster la force radiale exercée par l'organe élastique, sa capacité d'amortissement, ainsi que le montage de l'ensemble. L'organe élastique peut aussi être formé d'un jonc métallique annulaire fendu ou encore d'une pièce en élastomère de type joint torique, en fonction des contraintes de température dans la zone concernée.

L'invention concerne en outre un procédé de montage d'un étage redresseur du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à monter les secteurs de l'aubage bout-à-bout de façon à ce que la paroi interne de chaque secteur soit engagée entre les butées amont et aval de la virole interne, puis à monter l'ensemble à l'intérieur de l'élément fixe. Le procédé peut comporter une étape de montage d'au moins un organe élastique à l'extérieur de la virole, avant montage des secteurs angulaires.

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'un compresseur de turbomachine de l'art antérieur, - la figure 2 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'un étage redresseur d'un compresseur de l'art antérieur, - la figure 3 est une vue correspondant à la figure 2 d'un étage redresseur selon une première forme de réalisation de l'invention, - les figures 4 et 5 sont des vues en perspective d'une partie de l'étage redresseur de la figure 3, - la figure 6 est une vue correspondant à la figure 2, illustrant une deuxième forme de réalisation de l'invention, - la figure 7 est une vue correspondant à la figure 2, illustrant une troisième forme de réalisation de l'invention, - la figure 8 est une vue en perspective d'une partie de l'étage redresseur de la figure 7, illustrant le montage des secteurs d'aubage sur la virole supportant l'abradable, - les figures 9 et 10 sont des vues partielles et en coupe axiale illustrant le montage de l'étage redresseur des figures 7 et 8, autour d'une partie du rotor.

On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un compresseur 1 d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, ce compresseur 1 comprenant des étages redresseurs 2 entre lesquels sont montées des roues 3 de rotor.

Chaque roue 3 comprend un disque 4 portant une rangée annulaire d'aubes 5 sensiblement radiales, les disques 4 des roues 3 étant reliés entre eux par des parois 6 sensiblement cylindriques et à un arbre 7 du compresseur pour leur entraînement en rotation. Les étages redresseurs 2 sont du type à calage variable dans les 10 deux premiers étages de compression (à gauche sur la figure 1), ou du type à aubes fixes dans les autres étages de compression (à droite sur la figure 1). Chaque étage redresseur 2 à aubes fixes comprend un aubage comportant deux parois annulaires coaxiales 8, 9, respectivement interne et 15 externe, entre lesquelles s'étendent des aubes 10 sensiblement radiales. Les étages redresseurs 2 sont portés par un carter externe 11 et entourent les parois précitées 6 de liaison des disques 4 des roues 3. La paroi externe 9 de chacun de ces aubages comprend des crochets 12 de fixation au carter externe et sa paroi interne 8 supporte un matériau abradable 13 20 destiné à coopérer avec des léchettes annulaires externes 14 de la paroi correspondante 6, pour former un joint d'étanchéité du type à labyrinthe. Selon une forme de réalisation de l'art antérieur représentée à la figure 2, l'étage redresseur 2 comporte une virole 15 portant le matériau abradable 13, la virole 15 comprenant deux crochets annulaires 16, 17, 25 respectivement amont et aval. Le crochet amont 16 est orienté vers l'aval et est engagé dans une gorge annulaire amont 18 de la périphérie interne de la paroi interne 8 de l'aubage. Le crochet aval 17 est orienté vers l'amont et est engagé dans une gorge annulaire aval 19 de la périphérie interne de la paroi interne 8 de l'aubage. En outre, la virole 15 et l'aubage 8, 9, 10 sont 30 sectorisés, les secteurs étant montés circonférentiellement bout-à-bout.

Comme indiqué précédemment, une telle structure nécessite de réaliser des gorges 18, 19 dans la paroi interne 8 de l'aubage, par exemple par usinage. De telles gorges 18, 19 peuvent être complexes à réaliser, en particulier lorsque la paroi interne 18 de l'aubage est en un matériau difficilement usinable, tel qu'un superalliage à base nickel de type Inconel 718 par exemple. Par ailleurs, les jeux entre les différents secteurs de la virole 15 génèrent des fuites de recirculation d'air ou de gaz, qui sont préjudiciables au rendement de la turbomachine. Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention propose une virole 15 monobloc et une paroi interne 8 d'aubage dépourvues de crochet, comme cela est illustré aux figures 3 à 10. Les figures 3 à 5 représentent une première forme de réalisation de l'invention dans laquelle l'étage redresseur 2 comporte un aubage comprenant, comme précédemment, des parois radialement interne et externe 8, 9, reliées par des aubes 10 sensiblement radiales. La structure de la paroi externe 9 et des aubes 10 est sensiblement identique à celle de l'art antérieur présenté ci-dessus. De même, le mode de fixation de la paroi externe 9 sur le carter 11, par l'intermédiaire des crochets 12, est sensiblement identique au mode de fixation décrit précédemment.

Dans cette forme de réalisation, la paroi interne 8 de l'aubage comporte une partie tronconique 20 s'étendant globalement axialement, à partir de laquelle deux rebords 21, 22, respectivement amont et aval, s'étendent radialement vers l'intérieur. Les deux rebords 21, 22 et la partie tronconique 20 délimitent entre eux un espace annulaire 23. En outre, les rebords amont et aval 21, 22 sont situés en retrait des extrémités amont et aval de la paroi interne 8, de manière à former des épaulements 24. L'aubage 8, 9, 10 est sectorisé et est composé d'au moins deux, par exemple de neuf secteurs angulaires 25. Chaque secteur 25 est par exemple réalisé en un superalliage à base de Nickel, tel que de l'Inconel 718.

L'étage redresseur 2 comporte en outre une virole annulaire 15 formée d'une seule et même pièce s'étendant sur 360°, située radialement à l'intérieur de la paroi interne 8 de l'aubage. Cette virole 15 présente une section transversale en H et comporte une partie cylindrique 26 à partir de laquelle deux rebords annulaires externes 27, 28, respectivement amont et aval, s'étendent radialement vers l'extérieur, et deux rebords annulaires internes 29, 30, respectivement amont et aval, s'étendant radialement vers l'intérieur. La partie cylindrique 26 et les rebords internes 29, 30 délimitent un espace interne à l'intérieur duquel est monté un matériau abradable 13 qui peut comprendre des blocs métalliques en nid d'abeille ou des revêtements abradables obtenus par projection. Les secteurs d'aubage 25 sont montés autour de la virole 15 de telle manière que les rebords amont et aval 21, 22 de l'aubage 8, 9, 10 soient logés dans l'espace annulaire externe de la virole 15 délimité par les rebords 27, 28 et la partie cylindrique 26. Plus particulièrement, le rebord amont 21 de la paroi interne 8 de l'aubage est destiné à venir en appui sur la partie cylindrique 26 et sur le rebord amont externe 27 de la virole 15. Le rebord aval 22 de la paroi interne 8 de l'aubage est destiné à venir en appui sur la partie cylindrique 26 et sur le rebord aval externe 28 de la virole 15. Les rebords amont et aval externes 27, 28 de la virole 15 sont situés axialement en regard des épaulements 24 de la paroi interne 8 de l'aubage. Les rebords précités 21, 22 peuvent comprendre, à leurs extrémités libres, des surfaces obliques 31 par rapport au plan radial de manière à faciliter le montage des secteurs d'aubage 25 sur la virole 15. Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention illustrée à la figure 6, un organe élastique 32 est monté dans l'espace 23 de la paroi interne 8 de l'aubage et prend appui, d'une part, sur la partie tronconique 20 de l'aubage 8, 9, 10 et sur la partie cylindrique 26 de la virole 15. Cet organe élastique 32 est annulaire et a une section à profil ouvert, en particulier en forme générale de C ou d'oméga (0). De cette manière, compte tenu du fait que la virole 15 est annulaire et monobloc et que l'aubage 8, 9, 10 est formé d'une série de secteurs angulaires 25, chaque secteur angulaire 25 est plaqué vers le carter externe 11. L'appui du carter externe 11 sur les crochets 12 de la paroi externe 9 de l'aubage est matérialisé par les flèches F1 et l'appui de l'organe élastique 32 sur la paroi interne 8 de l'aubage est matérialisé par la flèche F2. Selon une troisième forme de réalisation illustrée aux figures 7 à 10, l'organe élastique 32 est annulaire et de section à profil fermé, en particulier circulaire. Dans ce cas, il est possible de prévoir des rebords 21, 22 de plus grande épaisseur de manière à adapter la dimension axiale de l'espace 23 au diamètre de l'organe élastique 32. L'organe élastique 32 peut ainsi être formé d'un jonc métallique annulaire fendu ou encore d'une pièce en élastomère du type joint torique, en fonction des contraintes de température dans la zone concernée. De tels organes élastiques 32 sont destinés à rattraper les jeux radiaux entre les différents éléments de l'étage redresseur 2 et le carter externe 11. Ces organes élastiques 32 peuvent également assurer une fonction d'amortissement permettant de dissiper une partie de l'énergie des vibrations auxquelles les pales 10 de l'aubage sont soumises en fonctionnement. Les différentes formes de réalisation de l'invention proposées ci-dessus proposent chacune un étage de redresseur 2 dans lequel le maintien axial de l'aubage 8, 9, 10 par rapport à la virole 15 est effectué uniquement par des rebords amont 21, 27 et aval 22, 28 dépourvus de crochets. Une telle structure ne nécessite donc pas l'utilisation de crochets de fixation entre la virole 15 et la paroi interne 8 de l'aubage. La réalisation d'un tel étage redresseur 2 en est donc simplifiée. De plus, la virole 15 n'étant pas formée de plusieurs secteurs agencés bout-à-bout, le risque de recirculation d'air ou de gaz précité est évité.

Le procédé de montage de l'étage redresseur 2 de la figure 7 à l'intérieur d'un carter externe 11 d'une turbomachine est illustré aux figures 8 à 10. Ce procédé comporte tout d'abord une étape de montage de l'organe élastique 32 autour de la paroi cylindrique 26 de la virole 15, entre les rebords externes 27, 28 correspondants. On monte ensuite les différents secteurs 25 de l'aubage bout-à-bout, de façon à ce que les rebords 21, 22 de l'aubage soient situés entre les rebords externes 27, 28 de la virole 15 et que l'organe élastique 32 soit inséré dans l'espace 23 de l'aubage (figure 8).

L'ensemble des pièces maintenues entre elles par un outillage non représenté est ensuite amené progressivement, suivant une direction axiale 33 orientée de l'aval vers l'amont, à l'intérieur du carter externe 11 (figure 9), jusqu'à ce que les crochets 12 de la paroi externe 6 de l'aubage coopèrent avec les crochets et les surfaces complémentaires du carter externe 11 et des roues 3 de rotor correspondantes. Dans cette position, les léchettes annulaires 14 coopèrent avec le matériau abradable 13 de la virole 15 pour former un joint d'étanchéité à labyrinthe. Un tel procédé est relativement simple à mettre en oeuvre à l'aide des techniques actuelles, aussi bien pour les étages basse pression 20 que pour les étages haute pression des compresseurs de turbomachine.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Etage redresseur (2) de turbomachine comportant un aubage (8, 9, 10) comprenant deux parois annulaires coaxiales (8, 9), respectivement radialement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des aubes (10) sensiblement radiales, et une virole annulaire (15) portant un matériau abradable (13), située radialement à l'intérieur de la paroi interne (8) de l'aubage, caractérisé en ce que la virole (15) est formée sur 360° d'une seule pièce portant le matériau abradable (13) et comporte deux butées (27, 28) s'étendant radialement, respectivement amont et aval, coopérant avec des parties amont et aval (21, 22) de la paroi annulaire interne (8) de manière à immobiliser axialement la virole (15) par rapport à l'aubage (8, 9, 10).
2. 2. Etage redresseur (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les butées (27, 28) de la virole (15) sont dépourvues de crochet de fixation sur la paroi annulaire interne (8) de l'aubage.
3. 3. Etage redresseur (2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la virole (15) comporte une première zone, située radialement à l'extérieur, de section générale en U, comportant une base cylindrique (26) ou tronconique à partir de laquelle s'étendent un rebord radial amont (27) et un rebord radial aval (28) formant lesdites butées, la paroi annulaire interne (8) de l'aubage comportant une partie (21, 22) insérée dans le logement annulaire délimité entre la base (26) et les rebords amont et aval (27, 28) de la première zone.
4. 4. Etage redresseur (2) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite partie de la paroi annulaire interne (8) comporte des rebords radiaux amont et aval (21, 22), destinés à venir en appui respectivement contre les rebords radiaux amont et aval (27, 28) de la virole (15).
5. 5. Etage redresseur (2) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la virole (15) comporte une seconde zone, située radialement à l'intérieur, de section générale en U, comportant une basecylindrique (26) ou tronconique à partir de laquelle s'étendent un rebord radial amont (29) et un rebord radial aval (30), le matériau abradable (13) étant logé dans le logement annulaire délimité entre la base (26) et les rebords amont et aval (29, 30) de la seconde zone.
6. 6. Etage redresseur (2) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'aubage (8, 9, 10) est constitué d'au moins deux secteurs angulaires (25), chaque secteur angulaire (25) venant en appui (F2) radialement vers l'extérieur sur un élément fixe, par exemple sur un carter (11).
7. 7. Etage redresseur (2) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins un organe élastique (32) est monté entre la paroi interne (8) de l'aubage et la virole (15), de manière à repousser chaque secteur (25) de l'aubage (8, 9, 10) radialement vers l'extérieur, contre l'élément fixe (11).
8. 8. Etage redresseur (2) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe élastique (32) est annulaire et a une section circulaire en C ou en oméga.
9. 9. Procédé de montage d'un étage redresseur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à monter les secteurs (25) de l'aubage (8, 9,
10. 10) bout-à-bout de façon à ce que la paroi interne (8) de chaque secteur (25) soit engagée entre les butées amont et aval (27, 28) de la virole interne (15), puis à monter l'ensemble à l'intérieur de l'élément fixe (11). 10. Procédé de montage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de montage d'au moins un organe élastique (32) à l'extérieur de la virole (15), avant montage des secteurs angulaires (25).