FR3008454A1

FR3008454A1 - CENTRIFUGAL COMPRESSOR COVER WITH DIFFERENTIATED THERMAL EXPANSION COEFFICIENT ZONES AND TURBOMACHINE COMPRESSOR COMPRISING THE SAME

Info

Publication number: FR3008454A1
Application number: FR1356965A
Authority: FR
Inventors: Yoan Trinchese; Sabine Allegre; Antoine Robert Alain Brunet
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2015-01-16
Anticipated expiration: 2033-07-15
Also published as: FR3008454B1

Abstract

L'invention concerne un couvercle de compresseur centrifuge destiné à être maintenu autour des pales (2) du rotor (1) par l'extérieur en laissant libres son bord d'attaque (6) et son bord de fuite (7), caractérisé en ce qu'il comprend une partie amont (5b) démarrant au bord d'attaque (6) dont le matériau présente un coefficient de dilatation thermique plus élevé que sur le reste du couvercle (5). Elle concerne également le procédé de conception de ce couvercle ainsi que le compresseur centrifuge et la turbomachine incluant ce couvercle.The invention relates to a centrifugal compressor cover intended to be held around the blades (2) of the rotor (1) from the outside, leaving its leading edge (6) and its trailing edge (7), characterized in it comprises an upstream portion (5b) starting at the leading edge (6) whose material has a higher coefficient of thermal expansion than the rest of the cover (5). It also relates to the design process of this lid as well as the centrifugal compressor and the turbomachine including this lid.

Description

Domaine technique : La présente invention concerne la maîtrise du jeu entre le couvercle et les aubes du rouet dans un compresseur centrifuge de turbomachine. Elle vise plus particulièrement la conception du couvercle de compresseur centrifuge adapté pour minimiser ce jeu. Etat de l'art : Un compresseur centrifuge comprend au moins un rotor constitué d'un rouet sur lequel sont fixées des aubes. Le rouet se présente sous la forme d'un disque avec sur sa face amont, une protubérance tronconique évasée, démarrant sensiblement comme un cylindre de section circulaire pour se terminer, en aval, avec une paroi sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation. Des aubes vrillées, agencées pour entraîner le fluide de l'amont vers l'aval sont fixées sur cette face amont. Afin de former, au niveau du compresseur centrifuge, la veine dans laquelle le fluide est entraîné par les aubes de l'amont, proche de l'axe, vers l'aval, avec une sortie orientée radialement vers l'extérieur, le stator comprend un couvercle dont la forme suit l'extrémité des pales en face du rotor. Le couvercle constitue ainsi la paroi extérieure de la veine tandis que le rouet en constitue la paroi intérieure.Technical Field: The present invention relates to the control of the clearance between the cover and the impeller vanes in a centrifugal turbomachine compressor. It relates more particularly to the design of the centrifugal compressor cover adapted to minimize this clearance state of the art: A centrifugal compressor comprises at least one rotor consisting of a wheel on which are fixed blades. The wheel is in the form of a disc with on its upstream face, a frustoconical protuberance flared, starting substantially like a cylinder of circular section to end, downstream, with a wall substantially perpendicular to the axis of rotation. Twisted vanes, arranged to drive the fluid from upstream to downstream are fixed on this upstream face. In order to form, at the level of the centrifugal compressor, the vein in which the fluid is driven by the upstream blades, close to the axis, downstream, with a radially outward oriented outlet, the stator comprises a cover whose shape follows the end of the blades in front of the rotor. The lid thus constitutes the outer wall of the vein while the wheel constitutes the inner wall.

En entraînant, en rotation, le flux d'air d'un rayon moyen faible en amont vers un rayon plus grand vers l'aval, le dispositif comprime cet air. Le rendement et la marge au pompage d'un compresseur haute pression ont une influence forte sur la performance et l'opérabilité d'une turbomachine. Or ces paramètres sont directement liés aux jeux entre les aubes du rotor et la partie du stator formant la veine où circule le flux d'air entraîné par ces aubes. Dans le cas d'un compresseur centrifuge, l'optimisation est rendue plus difficile que dans un compresseur axial car la géométrie change de l'amont vers l'aval. Les jeux sont radiaux en entrée et axiaux en sortie, avec un mélange de composantes axiales et radiales entre les deux. De plus dans une turbomachine, le compresseur centrifuge est soumis à de fortes contraintes à la fois mécaniques, car le taux de compression est généralement élevé, et thermiques, à cause du fonctionnement de la turbomachine. La paroi extérieure de la veine formée par le couvercle présente une surface interne sur laquelle il est connu de disposer une couche de matériau abradable sur la paroi intérieure du couvercle pour que sa forme s'adapte au plus juste avec la forme des pales. Le document FR 2947016 décrit à ce propos un dispositif permettant d'adapter la couche de matériau abradable aux différences de température qui règnent entre l'amont et l'aval du compresseur. Cependant, cela ne règle pas le problème d'adaptation du compresseur aux différences de régimes de fonctionnement de la turbomachine. Les déplacements de la paroi du couvercle de compresseur centrifuge doivent s'adapter aux déformations des aubes du stator pour des conditions de rotation et de température qui varient avec le régime de la turbomachine.By rotating the air flow from a low average radius upstream to a larger radius downstream, the device compresses this air. The efficiency and the pumping margin of a high pressure compressor have a strong influence on the performance and operability of a turbomachine. Now these parameters are directly related to the clearances between the rotor blades and the part of the stator forming the vein where circulates the flow of air entrained by these blades. In the case of a centrifugal compressor, optimization is made more difficult than in an axial compressor because the geometry changes from upstream to downstream. The sets are radial in input and axial output, with a mixture of axial and radial components between the two. Moreover, in a turbomachine, the centrifugal compressor is subjected to high stresses both mechanical because the compression ratio is generally high, and thermal, because of the operation of the turbomachine. The outer wall of the vein formed by the cover has an inner surface on which it is known to have a layer of abradable material on the inner wall of the lid so that its shape fits most accurately with the shape of the blades. The document FR 2947016 describes a device for adapting the layer of abradable material to the temperature differences that prevail between the upstream and the downstream of the compressor. However, this does not solve the problem of adaptation of the compressor to the differences in operating speeds of the turbomachine. The displacements of the wall of the centrifugal compressor cover must adapt to the deformations of the stator vanes for rotational and temperature conditions which vary with the speed of the turbomachine.

Le document FR2933458, considérant que le jeu axial, entre le couvercle de compresseur centrifuge et les aubes en sortie du compresseur est le principal problème, propose une solution qui déplace le couvercle du compresseur centrifuge vers l'amont en même temps que les étages précédents de la turbomachine pour maintenir constant ce jeux axial lorsque la température monte au niveau du compresseur. Le document FR2966529, prenant en compte le fait qu'il faut laisser libres les extrémités amont et aval du couvercle du compresseur centrifuge, décrit une solution où celui-ci est fixé par une attache tronconique en sa région centrale. Cependant, la solution proposée dans ce document reporte l'adaptation des déplacements du couvercle du compresseur centrifuge essentiellement sur la flexibilité d'une partie de cette attache, le couvercle lui-même restant traité d'un bloc. Cette solution aboutit, comme la précédente, à une bonne adaptabilité des déplacements du couvercle dans la partie aval mais à de faibles déplacements radiaux près de l'extrémité amont du couvercle. Le jeu radial dans la partie amont du couvercle reste donc difficile à optimiser pour les différents régimes de fonctionnement de la turbomachine.30 La présente invention a pour objectif de proposer une conception simple du couvercle de compresseur centrifuge permettant d'obtenir des déformations de celui-ci qui optimise le jeu dans toutes les directions aux différents régimes de fonctionnement de la turbomachine.Document FR2933458, considering that the axial clearance between the centrifugal compressor cover and the compressor outlet vanes is the main problem, proposes a solution that moves the centrifugal compressor cover upstream at the same time as the previous stages of the compressor. the turbomachine to maintain constant axial clearance when the temperature rises at the compressor. The document FR2966529, taking into account the fact that the upstream and downstream ends of the centrifugal compressor cover must be left free, describes a solution where the latter is fixed by a frustoconical fastener in its central region. However, the solution proposed in this document postpones the adaptation of the displacements of the centrifugal compressor cover essentially on the flexibility of a part of this fastener, the cover itself remaining treated with a block. This solution leads, as the previous one, to a good adaptability of the movements of the cover in the downstream part but at low radial displacements near the upstream end of the cover. The radial clearance in the upstream part of the lid therefore remains difficult to optimize for the various operating speeds of the turbomachine. The object of the present invention is to propose a simple design of the centrifugal compressor cover making it possible to obtain deformations of this type. which optimizes the play in all directions at different operating speeds of the turbomachine.

Présentation de l'invention : L'invention concerne un couvercle de compresseur centrifuge ayant une forme tronconique évasée autour d'un axe de symétrie, comportant un bord d'attaque en amont et un bord de fuite en aval, ledit couvercle étant agencé pour être maintenu par l'extérieur du compresseur, en laissant libres son bord d'attaque et son bord de fuite, et étant caractérisé en ce qu'il comprend une partie amont s'étendant à partir du bord d'attaque sur une longueur déterminée en suivant le profil du couvercle dans un demi-plan de coupe axial, ladite partie amont étant composée d'un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique plus élevé que dans la partie aval formant le reste du couvercle. Ce couvercle, lorsqu'il est installé dans le compresseur peut se dilater de manière différenciée près de son bord d'attaque et dans la région aval, du côté du bord de fuite. D'une part, le fait qu'il soit tenu en son milieu par l'attache laisse les parties près des bords de fuite libres de se déformer pour suivre les déplacements des aubes liés aux contraintes mécaniques et thermiques. D'autre part, le matériau peu dilatable de la partie aval étant adapté, selon l'état de l'art, pour maintenir le jeu axial en fonction de l'évolution des contraintes, la fabrication de la partie amont du couvercle en matériau à plus grand coefficient de dilatation permet de mieux suivre le déplacement radial des extrémités d'aubes dans cette région. En effet, près du bord d'attaque, le profil du couvercle dans un plan axial, comme celui du rotor est peu incliné par rapport à l'axe de rotation. Le jeu à maintenir est donc radial et il faut que le matériau du couvercle près du bord d'attaque reproduise les dilatations radiales du rouet et des aubes dans cette région. Cela est permis par le coefficient de dilatation plus élevé du matériau de la partie amont.PRESENTATION OF THE INVENTION The invention relates to a centrifugal compressor cover having a frustoconical shape flared around an axis of symmetry, comprising an upstream leading edge and a trailing edge downstream, said cover being arranged to be maintained by the outside of the compressor, leaving its leading edge and its trailing edge free, and being characterized in that it comprises an upstream portion extending from the leading edge over a length determined by following the profile of the lid in an axial half-plane, said upstream portion being composed of a material having a higher coefficient of thermal expansion than in the downstream part forming the remainder of the lid. This cover, when installed in the compressor can expand differentially near its leading edge and in the downstream region, the side of the trailing edge. On the one hand, the fact that it is held in the middle by the fastener leaves the parts near the trailing edges free to deform to follow the movements of the blades related to mechanical and thermal stresses. On the other hand, the undilatable material of the downstream part being adapted, according to the state of the art, to maintain the axial clearance as a function of the evolution of the stresses, the manufacture of the upstream part of the cover made of Larger coefficient of expansion makes it possible to better follow the radial displacement of the blade tips in this region. Indeed, near the leading edge, the profile of the cover in an axial plane, like that of the rotor is slightly inclined relative to the axis of rotation. The game to maintain is therefore radial and it is necessary that the material of the lid near the leading edge reproduces the radial expansions of the wheel and blades in this region. This is allowed by the higher coefficient of expansion of the material of the upstream part.

Par exemple, la partie aval du couvercle étant réalisée avec le matériau adapté selon l'état de l'art, un rapport de l'ordre de deux entre le coefficient de dilatation thermique du matériau utilisé dans la partie amont et celui de la partie aval convient pour réaliser la fonction. De manière préférée, le couvercle est réalisé avec lequel les matériaux composant les parties amont et aval comprennent du Nickel, du Chrome et du Cobalt. Ce type d'alliage (Inconel) est bien adapté aux contraintes mécaniques et thermiques auxquelles le couvercle est soumis. On peut faire varier de manière connue le coefficient de dilatation. Enfin, la réalisation du couvercle avec deux alliages similaires évite des incompatibilités qui garantissent la tenue de la pièce lors des cycles de fonctionnement.For example, the downstream part of the cover being made with the material adapted according to the state of the art, a ratio of about two between the coefficient of thermal expansion of the material used in the upstream part and that of the downstream part. suitable for performing the function. Preferably, the cover is made with which the materials comprising the upstream and downstream parts comprise nickel, chromium and cobalt. This type of alloy (Inconel) is well adapted to the mechanical and thermal stresses to which the cover is subjected. The coefficient of expansion can be varied in known manner. Finally, the realization of the lid with two similar alloys avoids incompatibilities that guarantee the holding of the part during operating cycles.

De préférence, la partie amont est soudée sur la partie aval du couvercle. Avantageusement, le couvercle de compresseur centrifuge ayant un axe de symétrie, la partie amont s'étend sur une zone où la tangente du profil du couvercle dans un plan axial fait un angle inférieur à 45° avec l'axe de symétrie. En effet, l'angle que fait le profil avec l'axe de symétrie du couvercle croît régulièrement de l'amont vers l'aval. Donc le jeu entre la paroi interne du couvercle et le rotor est principalement axial dans cette région, allant de la zone d'inclinaison à 45° jusqu'au bord de fuite. L'utilisation d'un matériau plus dilatable que celui utilisé dans l'état de l'art n'y a donc que peu d'intérêt.Preferably, the upstream portion is welded to the downstream portion of the cover. Advantageously, the centrifugal compressor cover having an axis of symmetry, the upstream portion extends over an area where the tangent of the cover profile in an axial plane is at an angle less than 45 ° with the axis of symmetry. Indeed, the angle that the profile makes with the axis of symmetry of the lid increases regularly from upstream to downstream. Thus the clearance between the inner wall of the cover and the rotor is mainly axial in this region, ranging from the inclination zone to 45 ° to the trailing edge. The use of a more expandable material than that used in the state of the art is therefore of little interest.

Par ailleurs, le meilleur mode de réalisation correspond généralement au cas où la longueur de la partie amont sur le profil dans un demi-plan axial représente sensiblement 25% de la distance séparant le bord d'attaque du bord de fuite. Des calculs complets aboutissent à ce résultat que l'on peut comprendre de manière intuitive par la forme du profil du couvercle dans un plan axial, qui reste peu incliné par rapport à l'axe depuis le bord d'attaque jusqu'à cette abscisse, à partir de laquelle il prend rapidement une inclinaison élevée. L'invention concerne également un compresseur centrifuge de turbomachine comprenant 30 un couvercle de compresseur centrifuge tel que décrit précédemment positionné autour du rotor.Moreover, the best embodiment generally corresponds to the case where the length of the upstream portion on the profile in an axial half-plane substantially represents 25% of the distance separating the leading edge from the trailing edge. Comprehensive calculations lead to this result which can be intuitively understood by the shape of the cover profile in an axial plane, which remains slightly inclined with respect to the axis from the leading edge to this abscissa, from which he quickly takes a high inclination. The invention also relates to a centrifugal turbomachine compressor comprising a centrifugal compressor cover as previously described positioned around the rotor.

Avantageusement, la turbomachine fonctionnant à des régimes déterminés correspondant à des températures différentes au niveau du compresseur, le coefficient de dilatation du matériau de la partie amont du couvercle dudit compresseur centrifuge étant adapté aux déplacements radiaux de l'extrémité des pales du rotor pour au moins deux desdits régimes de fonctionnement de la turbomachine. Avantageusement aussi, le coefficient de dilatation de la partie aval du couvercle de compresseur centrifuge est adapté aux déplacements axiaux de l'extrémité des pales du rotor pour au moins deux desdits régimes de fonctionnement de la turbomachine.Advantageously, the turbomachine operating at determined speeds corresponding to different temperatures at the compressor, the coefficient of expansion of the material of the upstream portion of the cover of said centrifugal compressor being adapted to the radial displacements of the end of the rotor blades for at least two of said operating modes of the turbomachine. Advantageously also, the coefficient of expansion of the downstream part of the centrifugal compressor cover is adapted to the axial displacements of the end of the rotor blades for at least two of said operating speeds of the turbomachine.

L'invention concerne encore un procédé de réalisation d'un couvercle de compresseur centrifuge dans une turbomachine, comprenant : - La détermination d'au moins deux régimes de fonctionnement de la turbomachine correspondant à des températures différentes au niveau du compresseur centrifuge ; - le choix d'un premier matériau adapté pour optimiser au moins le jeu entre le couvercle et les aubes près du bord de fuite sur l'ensemble desdits régimes de fonctionnement ; - le choix d'un deuxième matériau adapté pour optimiser au moins le jeu entre le couvercle et les aubes près du bord d'attaque sur l'ensemble desdits régimes de fonctionnement ; - le choix de l'abscisse curviligne sur le profil du couvercle, dans un plan axial, séparant une partie amont réalisée dans le deuxième matériau et une partie aval réalisée dans le premier matériau, telle que le couvercle réalisé avec ces deux parties optimise au moins le jeu en amont et en aval sur l'ensemble desdits régimes de fonctionnement. Description d'un mode de réalisation de l'invention : La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 présente schématiquement une demi-coupe axiale d'un compresseur centrifuge susceptible d'utiliser l'invention. La figure 2 présente le schéma du profil, dans un plan axial, d'un couvercle de compresseur centrifuge à deux matériaux selon l'invention. Les figures 3a et 3b présentent schématiquement, en demi-coupe axiale, les déplacements d'un couvercle selon l'état de l'art par rapport à la situation au repos, dans 10 un premier et un deuxième régime de fonctionnement de la turbomachine. Les figures 4a et 4b présentent schématiquement, en demi-coupe axiale, les déplacements d'un couvercle selon l'invention par rapport à la situation au repos, dans les mêmes régimes de fonctionnement de la turbomachine que les figures 3a et 3b. Ainsi que c'est écrit dans le préambule, en référence à la figure 1, le rotor d'un 15 compresseur centrifuge comporte un rouet 1 sur lequel sont fixées des aubes 2. Le rouet est formé d'un disque 3 perpendiculaire à l'axe de rotation LL et d'une partie en forme de plaque tronconique incurvée 4 placée devant le disque, par rapport au sens de l'écoulement. Cette plaque tronconique incurvée se raccorde tangentiellement à l'extrémité radiale du disque sur l'aval et démarre de manière sensiblement parallèle à 20 l'axe de rotation en amont. Sa forme au démarrage est agencée pour se raccorder à la paroi radialement interne de la veine alimentant le compresseur centrifuge. Les aubes 2 sont réparties sur la circonférence de la plaque tronconique 4 à laquelle elles sont fixées. Elles sont vrillées et agencées de telle sorte qu'en tournant, elles entraînent le flux d'air entrant Fi, essentiellement axial, et le transforment en un flux d'air sortant F2 ayant une 25 composante principale radiale, ainsi qu'une pression beaucoup plus forte. L'extension radiale de ces aubes dans un plan de coupe axial est représentée sur la figure 1. On y voit que la section du conduit défini entre la plaque tronconique incurvée 4 et l'extrémité des aubes diminue lorsqu'on va de l'amont vers l'aval, pour accompagner l'augmentation de pression du flux d'air. 30 Le couvercle 5 placé en face du rotor est destiné à former la paroi radialement extérieure de ce conduit. Il a donc, comme la plaque 4, une forme tronconique incurvée, agencée en amont pour se raccorder à la veine d'entrée du compresseur et sensiblement parallèle au disque 3 en sortie. Dans la suite de la présente demande, la notion de bord d'attaque 6 fera référence à l'extrémité circulaire amont du couvercle, où il entre en contact avec le flux d'air Fi, qui est orientée essentiellement suivant l'axe, et la notion de bord de fuite 7 à son extrémité aval, où le flux d'air F2 quitte le compresseur. Si l'on définit une abscisse curviligne S sur le profil de ce couvercle dans un plan axial allant de S1= 0% pour le bord d'attaque 6 à S2=100% pour le bord de fuite 7, ce profil reste assez peu incliné par rapport à l'axe de rotation LL sur une petite partie, jusqu'à une abscisse curviligne S de l'ordre de 25%. Ensuite le profil tend à être fortement incliné par rapport à l'axe de rotation. Ce couvercle est maintenu en place par une attache 8 qui lui est fixée en une position intermédiaire, plutôt vers l'aval mais éloignée du bord d'attaque et du bord de fuite. La partie de cette attache en contact avec le couvercle a sensiblement une forme tronconique et elle est généralement constituée du même matériau que le couvercle. Comme il est mécaniquement impossible de faire coïncider la paroi du couvercle avec la trace des aubes dans un plan axial, le couvercle est conçu pour suivre avec un jeu la paroi du conduit théorique formé par les extrémités d'aube. Pour minimiser les pertes et augmenter ainsi les performances du compresseur on cherche à maintenir ce jeu le plus faible possible, typiquement, de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, pour les différents régimes de fonctionnement de la turbomachine. Comme on peut le voir sur la figure 1, ce jeu est essentiellement un jeu radial J1 près du bord d'attaque et essentiellement un jeu axial J2 près du bord de fuite. Pour des abscisses curvilignes autour de 50%, en milieu de corde 9, le jeu J3 comporte des composantes axiales et radiales. De plus, toujours en référence à la figure 1, le déplacement axial de l'extrémité des aubes près du bord de fuite 7, qui affecte le jeu J2 est essentiellement dû à la dilatation des aubes. Par contre le jeu radial près du bord d'attaque 6 qui affecte le jeu J1 est dû à la dilatation des aubes et à celle de la plaque 4 sur sa circonférence.The invention also relates to a method for producing a centrifugal compressor cover in a turbomachine, comprising: - determining at least two operating modes of the turbomachine corresponding to different temperatures at the centrifugal compressor; the choice of a first material adapted to optimize at least the clearance between the cover and the vanes near the trailing edge over all of said operating regimes; the choice of a second material adapted to optimize at least the clearance between the cover and the blades near the leading edge on all of said operating regimes; the choice of the curvilinear abscissa on the profile of the lid, in an axial plane, separating an upstream part made in the second material and a downstream part made in the first material, such that the lid made with these two parts optimizes at least the play upstream and downstream on all of said operating regimes. DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION The present invention will be better understood and other details, features and advantages of the present invention will become more clearly apparent on reading the following description, with reference to the accompanying drawings in which: : Figure 1 schematically shows an axial half-section of a centrifugal compressor capable of using the invention. FIG. 2 shows the diagram of the profile, in an axial plane, of a two-material centrifugal compressor cover according to the invention. Figures 3a and 3b schematically show, in axial half-section, the movements of a lid according to the state of the art with respect to the rest situation, in a first and a second operating speed of the turbomachine. Figures 4a and 4b show schematically in axial half-section, the displacement of a lid according to the invention with respect to the rest situation, in the same operating conditions of the turbomachine as Figures 3a and 3b. As is stated in the preamble, with reference to FIG. 1, the rotor of a centrifugal compressor comprises a wheel 1 on which blades 2 are fixed. The wheel is formed of a disc 3 perpendicular to the rotor. LL rotation axis and a curved frustoconical plate-shaped portion 4 placed in front of the disc, relative to the direction of flow. This curved frustoconical plate connects tangentially to the radial end of the disc downstream and starts substantially parallel to the axis of rotation upstream. Its shape at startup is arranged to connect to the radially inner wall of the vein supplying the centrifugal compressor. The blades 2 are distributed over the circumference of the frustoconical plate 4 to which they are attached. They are twisted and arranged in such a way that, by turning, they drive the incoming air flow F 1, essentially axial, and transform it into an outgoing airflow F 2 having a radial main component, as well as a very high pressure. stronger. The radial extension of these vanes in an axial section plane is shown in FIG. 1. It can be seen that the section of the duct defined between the curved frustoconical plate 4 and the end of the vanes decreases when going upstream. downstream, to accompany the increased pressure of the airflow. The cover 5 placed in front of the rotor is intended to form the radially outer wall of this duct. It thus has, like the plate 4, a frustoconical curved shape, arranged upstream to connect to the input vein of the compressor and substantially parallel to the disk 3 at the output. In the remainder of the present application, the notion of leading edge 6 will refer to the upstream circular end of the cover, where it comes into contact with the air flow Fi, which is oriented substantially along the axis, and the notion of trailing edge 7 at its downstream end, where the air flow F2 leaves the compressor. If we define a curvilinear abscissa S on the profile of this cover in an axial plane ranging from S1 = 0% for the leading edge 6 to S2 = 100% for the trailing edge 7, this profile remains rather inclined relative to the axis of rotation LL on a small portion, to a curvilinear abscissa S of the order of 25%. Then the profile tends to be strongly inclined relative to the axis of rotation. This cover is held in place by a fastener 8 which is fixed to it in an intermediate position, rather downstream but away from the leading edge and the trailing edge. The portion of this fastener in contact with the lid has a substantially frustoconical shape and is generally made of the same material as the lid. Since it is mechanically impossible to make the wall of the cover coincide with the trace of the vanes in an axial plane, the cover is designed to follow with a game the wall of the theoretical duct formed by the blade tips. To minimize the losses and thus increase the performance of the compressor is sought to maintain this game as low as possible, typically of the order of a few tenths of a millimeter, for the different operating modes of the turbomachine. As can be seen in Figure 1, this game is essentially a radial play J1 near the leading edge and essentially an axial play J2 near the trailing edge. For curvilinear abscissa around 50%, in the middle of string 9, the set J3 has axial and radial components. In addition, again with reference to Figure 1, the axial displacement of the end of the blades near the trailing edge 7, which affects the clearance J2 is mainly due to the expansion of the blades. By against the radial clearance near the leading edge 6 which affects the clearance J1 is due to the expansion of the blades and that of the plate 4 on its circumference.

Ce compresseur est généralement installé dans une turbomachine après les étages d'un compresseur axial et juste avant la chambre de combustion de la turbomachine. Cette turbomachine doit fonctionner dans des conditions de vols variées, entre des régimes transitoires et différents régimes stabilisés, type croisière, ralenti sol, décollage. Il en ressort que les champs de température et les contraintes mécaniques auxquels le compresseur centrifuge est soumis, du fait de sa position, varient fortement avec le régime de fonctionnement. Sa conception doit donc tenir compte de valeurs du jeu, sur toute la longueur de son profil dans un plan axial, pouvant varier avec les conditions d'utilisation. En référence à la figure 2, le couvercle 5 de compresseur centrifuge selon l'invention est constitué de deux parties en matériaux différents, définies de préférence par rapport à une valeur choisie S3 de l'abscisse curviligne. Une première partie 5a, composée d'un premier matériau, va de S3 jusqu'à S2=100% sur le profil. Elle comprend donc le bord de fuite 7 du couvercle. Typiquement, cette partie s'étend sur la zone du compresseur où la composante axiale est prépondérante dans le jeu et comprend la zone de fixation du couvercle 5 sur l'attache 8. De préférence, ce premier matériau est utilisé également pour constituer l'attache 8. La deuxième partie 5b, comprenant le bord d'attaque 6 et allant jusqu'à l'abscisse S3 sur le profil du couvercle dans un plan axial, est composée d'un deuxième matériau. De préférence, les deux matériaux sont des alliages à base de Nickel, de Chrome et de Cobalt (type Inconel) mais se différencient par leurs caractéristiques mécaniques et 25 thermiques. La jonction entre les deux matériaux est de préférence réalisée par une soudure. En général, les coefficients mécaniques sont proches mais les coefficients de dilatation thermiques sont différents. Le premier matériau se dilate peu et il est adapté à la partie 30 du couvercle 5 où la composante axiale du jeu entre le couvercle 5 et les aubes 2 du rotor est prédominante. Typiquement, le deuxième matériau possède un coefficient de dilatation élevé ce qui permet de rendre la deuxième partie 5b du couvercle plus sensible au balourd thermique du rotor. Le couvercle 5 peut ainsi suivre plus facilement les déformations radiales du rouet 1 et des aubes 2 en fonction de la température.This compressor is generally installed in a turbomachine after the stages of an axial compressor and just before the combustion chamber of the turbomachine. This turbomachine must operate in various flight conditions, between transient and different stabilized regimes, cruise, ground idle, takeoff. It follows that the temperature fields and mechanical stresses to which the centrifugal compressor is subjected, because of its position, vary greatly with the operating regime. Its design must therefore take into account game values over the entire length of its profile in an axial plane, which may vary with the conditions of use. With reference to FIG. 2, the centrifugal compressor cover 5 according to the invention consists of two parts made of different materials, preferably defined with respect to a chosen value S3 of the curvilinear abscissa. A first part 5a, composed of a first material, goes from S3 to S2 = 100% on the profile. It therefore includes the trailing edge 7 of the lid. Typically, this part extends over the zone of the compressor where the axial component is predominant in the game and comprises the fastening zone of the cover 5 on the fastener 8. Preferably, this first material is also used to constitute the fastener 8. The second part 5b, comprising the leading edge 6 and up to the abscissa S3 on the profile of the cover in an axial plane, is composed of a second material. Preferably, the two materials are alloys based on nickel, chromium and cobalt (Inconel type) but differ in their mechanical and thermal characteristics. The junction between the two materials is preferably made by welding. In general, the mechanical coefficients are close but the coefficients of thermal expansion are different. The first material dilates little and is adapted to the portion 30 of the cover 5 where the axial component of the clearance between the cover 5 and the blades 2 of the rotor is predominant. Typically, the second material has a high coefficient of expansion which makes it possible to make the second part 5b of the lid more sensitive to the thermal imbalance of the rotor. The lid 5 can thus more easily follow the radial deformations of the impeller 1 and the blades 2 as a function of temperature.

L'objectif est d'obtenir des jeux plus fermés sur l'ensemble du profil du couvercle 5 pour les différents régimes de fonctionnement de la turbomachine. Pour ce faire, la méthode suit de préférence les étapes décrites ci-dessous. Dans une première étape, en suivant l'art antérieur, un premier matériau est choisi pour former l'ensemble du couvercle 5. Des méthodes de calcul connues, prenant en compte les caractéristiques mécaniques et thermiques du des matériaux permettent de faire des calculs de comportement de l'ensemble du compresseur sur tous les points de fonctionnement caractéristiques de la turbomachine. Ces calculs sont utilisés pour connaître la valeur des jeux entre le couvercle 5 fixé à son attache 8 et les extrémités des aubes 2 sur le rouet 1 en trois positions : J1 au bord d'attaque 6, J2 au bord de fuite 7 et J3 au milieu de corde 9 du profil du couvercle 5 dans un plan axial. A partir de l'état de l'art, on connaît a priori un matériau 1, typiquement à faible coefficient de dilatation, qui optimise les jeux, J1, J2 et J3. On n'effectue donc les calculs que pour ce matériau 1 et on évalue à partir de ces calculs le rendement et l'opérabilité du compresseur centrifuge.The objective is to obtain more closed games over the entire profile of the cover 5 for the different operating speeds of the turbomachine. To do this, the method preferably follows the steps described below. In a first step, following the prior art, a first material is chosen to form the entire cover 5. Known calculation methods, taking into account the mechanical and thermal characteristics of the materials allow to make behavioral calculations of the compressor assembly at all the characteristic operating points of the turbomachine. These calculations are used to know the value of the clearances between the cover 5 fixed to its fastener 8 and the ends of the blades 2 on the wheel 1 in three positions: J1 at the leading edge 6, J2 at the trailing edge 7 and J3 at middle of rope 9 of the profile of the cover 5 in an axial plane. From the state of the art, a material 1, typically with a low coefficient of expansion, which a priori optimizes the games, J1, J2 and J3, is known a priori. Calculations are only made for this material 1 and the efficiency and operability of the centrifugal compressor are evaluated from these calculations.

Dans une deuxième étape, on choisit un matériau 2 avec un coefficient de dilatation plus élevé que le matériau 1 et on effectue les mêmes calculs que dans l'étape précédente pour un compresseur où le couvercle 5 est composé entièrement du matériau 2. On obtient ainsi des valeurs du jeu aux trois positions, J1 au bord d'attaque, J2 au bord de fuite et J3 au milieu de corde 9 du profil, ainsi qu'une évaluation du rendement et de l'opérabilité du compresseur avec un couvercle 5 composé du matériau 2. Dans une troisième étape, on compare notamment la valeur du jeu J1 obtenu pour les différents points de fonctionnement au bord d'attaque, avec des valeurs du jeu J1 considérées comme optimales. Si le résultat n'est pas suffisamment proche du jeu optimal, on modifie la composition du matériau 2 pour changer son coefficient de dilatation thermique et on recommence la deuxième étape. Lorsque le résultat est satisfaisant, on compare les résultats avec ceux obtenus pour le matériau 1. Typiquement, cette comparaison aboutit au fait que le couvercle en matériau 2 optimise les jeux J1 au bord d'attaque par rapport au couvercle en matériau 1 mais ne donne pas des jeux acceptables J2 au bord de fuite ou J3 au milieu de corde 9 du profil dans un plan axial. Dans ce cas, on passe à la quatrième étape. La quatrième étape consiste à choisir l'abscisse S3 sur le profil dans un plan axial du couvercle telle que le couvercle, composé du matériau 2 dans la partie 51D en amont de S3 et du matériau 1 dans la partie 5a en aval, optimise les jeux aux trois positions, J1 au bord d'attaque 6, J2 au bord de fuite 7 et J3 au milieu de corde 9, pour tous les points de fonctionnement de la turbomachine. Pour cela, après avoir fixé une valeur initiale de S3, on effectue les mêmes calculs avec les mêmes méthodes que dans les deux premières étapes. Si l'influence du matériau 2 n'est pas assez forte pour que le jeu J1 au bord d'attaque 6 soit optimum on augmente S3 et on recommence les calculs. Si au contraire cette influence est trop forte et dégrade trop fortement les jeux J3 au milieu de corde 9 et J2 au bord de fuite 7, on diminue la valeur de S3. On aboutit ainsi par approximations successives, après quelques séries de calculs, à une valeur optimale de S3 pour constituer le couvercle avec une partie amont en matériau 2 et une partie aval en matériau 1.In a second step, a material 2 with a higher coefficient of expansion than the material 1 is chosen and the same calculations are carried out as in the preceding step for a compressor in which the cover 5 is composed entirely of the material 2. values of the game at the three positions, J1 at the leading edge, J2 at the trailing edge and J3 at the middle of the rope 9 of the profile, as well as an evaluation of the efficiency and operability of the compressor with a cover 5 composed of material 2. In a third step, the value of the game J1 obtained for the different points of operation at the leading edge, in particular, is compared with values of the game J1 considered optimal. If the result is not close enough to optimal play, the composition of the material 2 is modified to change its coefficient of thermal expansion and the second step is repeated. When the result is satisfactory, the results are compared with those obtained for the material 1. Typically, this comparison results in the fact that the material cover 2 optimizes the clearance J1 at the leading edge with respect to the material cover 1 but does not give not acceptable games J2 at the trailing edge or J3 at the middle of the rope 9 of the profile in an axial plane. In this case, we go to the fourth step. The fourth step consists in choosing the abscissa S3 on the profile in an axial plane of the cover such that the cover, composed of the material 2 in the part 51D upstream of S3 and the material 1 in the part 5a downstream, optimizes the games. at the three positions, J1 at the leading edge 6, J2 at the trailing edge 7 and J3 at the middle of the rope 9, for all the operating points of the turbomachine. For this, after setting an initial value of S3, the same calculations are performed with the same methods as in the first two steps. If the influence of the material 2 is not strong enough so that the game J1 at the leading edge 6 is optimum we increase S3 and the calculations are repeated. If, on the contrary, this influence is too strong and too strongly degrades the games J3 in the middle of the rope 9 and J2 at the trailing edge 7, the value of S3 is decreased. We thus succeed by successive approximations, after a few series of calculations, to an optimal value of S3 to constitute the cover with an upstream part of material 2 and a downstream part of material 1.

Typiquement, la méthode aboutit à placer la jonction entre les deux matériaux du couvercle 5 à une abscisse S3 qui vaut environ 25% de la longueur totale du profil à partir du bord d'attaque 6. Géométriquement, cela correspond à une zone où la composante radiale du jeu est encore prépondérante car le profil dans un plan axial du couvercle 5 est faiblement incliné par rapport à l'axe LL. Mécaniquement, cela correspond à une zone où les contraintes sont faibles. Cela constitue un argument supplémentaire pour placer la soudure entre les deux matériaux à cet endroit. Egalement, un rapport deux entre le coefficient de dilatation du matériau 2 et celui du matériau 1, dans la plage de température de fonctionnement des différents régimes étudiés, est représentatif des choix de matériaux effectués avec cette méthode.Typically, the method results in placing the junction between the two materials of the cover 5 at an abscissa S3 which is about 25% of the total length of the profile from the leading edge 6. Geometrically, this corresponds to a zone where the component radial play is still predominant because the profile in an axial plane of the cover 5 is slightly inclined relative to the axis LL. Mechanically, this corresponds to an area where the constraints are low. This is an additional argument for placing the weld between the two materials there. Also, a ratio of two between the coefficient of expansion of the material 2 and that of the material 1, in the operating temperature range of the different regimes studied, is representative of the material choices made with this method.

Avantageusement, comme on l'a indiqué précédemment, ce type de configuration peut être obtenu en utilisant des alliages de type Inconel pour les deux matériaux. L'intérêt de l'invention sera mieux compris en comparant les déformations d'un couvercle selon l'invention, obtenu en appliquant le procédé décrit ci-dessus, à celle du couvercle réalisé entièrement avec le matériau 1 initialement choisi selon l'état de la technique. La figure 3a montre les déformations d'un couvercle tout en matériau 1 selon l'état de la technique correspondant à la configuration de la figure 1 pour un point de fonctionnement en régime de croisière. La figure 3b montre les déformations du même couvercle pour un point de fonctionnement choisi dans un régime transitoire. La forme en pointillés donne la référence à l'arrêt, la forme en grisés est celle du couvercle au point de fonctionnement. Avec ce couvercle, les déplacements du bord de fuite 7 et du milieu de corde 9, différents selon le point de fonctionnement sont adaptés pour maintenir le jeu avec les pales du rotor. Le déplacement radial du bord d'attaque 6, par contre, reste limité et insuffisant. Les figures 4a et 4b montrent les déformations aux mêmes points de fonctionnement d'un couvercle dont les dimensions et le matériau 2 de la partie amont 5b ont été déterminés par le procédé selon l'invention. On peut constater que, pour les deux points de fonctionnement, le bord d'attaque 6 se déplace beaucoup plus, ce qui améliore le jeu radial dans cette zone, mais que le milieu de corde 9 et le bord de fuite 7 se déplacent comme le couvercle réalisé entièrement avec le matériau 1. Par ailleurs, l'invention est applicable à d'autres configurations de fixation du couvercle 5 que celle présentée sur les figures. Il existe par exemple des conceptions utilisant des attaches de formes plus rectilignes ou bien constituées de deux bras. De toutes manières, l'optimisation du couvercle doit se faire en tenant compte de son environnement thermique et mécanique complet, y compris la forme de l'attache. Dans toutes les configurations, le fait d'introduire sur le couvercle une partie amont 5b ayant un coefficient de dilatation plus important permet d'améliorer les jeux entre le couvercle et les pales du compresseur aux différents régimes de fonctionnement de la turbomachine.Advantageously, as indicated above, this type of configuration can be obtained by using Inconel type alloys for the two materials. The advantage of the invention will be better understood by comparing the deformations of a lid according to the invention, obtained by applying the method described above, to that of the lid made entirely with the material 1 initially selected according to the state of the invention. the technique. Figure 3a shows the deformations of a lid all material 1 according to the state of the art corresponding to the configuration of Figure 1 for a point of operation in cruising mode. Figure 3b shows the deformations of the same cover for a selected operating point in a transient regime. The dotted shape gives the reference to the stop, the shaded form is that of the lid at the point of operation. With this cover, the movements of the trailing edge 7 and the middle of the rope 9, different according to the point of operation are adapted to maintain the clearance with the rotor blades. The radial displacement of the leading edge 6, on the other hand, remains limited and insufficient. Figures 4a and 4b show the deformations at the same operating points of a cover whose dimensions and the material 2 of the upstream portion 5b were determined by the method according to the invention. It can be seen that for both operating points, the leading edge 6 moves much more, which improves the radial clearance in this area, but that the middle of the rope 9 and the trailing edge 7 move like the cover made entirely with the material 1. Furthermore, the invention is applicable to other configurations for fixing the cover 5 than that shown in the figures. There are for example designs using fasteners of more rectilinear shapes or consist of two arms. In any case, the optimization of the cover must be done taking into account its complete thermal and mechanical environment, including the shape of the fastener. In all configurations, the fact of introducing on the lid an upstream portion 5b having a larger expansion coefficient makes it possible to improve the clearances between the cover and the compressor blades at the various operating speeds of the turbomachine.

Claims

REVENDICATIONS1. Centrifugal compressor cover having a frustoconical shape flared around an axis of symmetry (LL), having a leading edge (6) upstream and a trailing edge (7) downstream, said cover being arranged to be held by the outside of the compressor, leaving free its leading edge (6) and its trailing edge (7), and being characterized in that it comprises an upstream portion (Sb) extending from the edge of etching (6) over a predetermined length following the profile of the lid in an axial half-plane, said upstream portion being composed of a material having a higher coefficient of thermal expansion than in the downstream portion (5a) forming the rest of the lid (5).

Centrifugal compressor cover according to claim 1 wherein the materials comprising the upstream (Sb) and downstream (5a) portions comprise nickel, chromium and cobalt.

Centrifugal compressor cover according to one of the preceding claims wherein the upstream portion (Sb) is welded to the downstream portion (5a).

4. Centrifugal compressor cover according to one of the preceding claims, wherein the upstream portion (Sb) extends over an area where the tangent of the profile of the cover (5) in an axial half-plane makes an angle less than 450 with the axis of symmetry. S. centrifugal compressor cover according to one of the preceding claims wherein the length of the upstream portion (Sb) on the profile in an axial half-plane is substantially 25% of the distance between the leading edge (6) of the trailing edge (7). 306. Centrifugal turbomachine compressor comprising a cover (5) according to one of the preceding claims positioned around the rotor. 7. A turbomachine comprising a centrifugal compressor according to the preceding claim, the turbomachine operating at determined speeds corresponding to different temperatures at the compressor, the coefficient of expansion of the material of the upstream portion (5b) of the cover (5) of said centrifugal compressor. being adapted to the radial displacements of the end of the blades (2) of the rotor for at least two of said operating conditions of the turbomachine. 8. A turbomachine according to the preceding claim comprising a centrifugal compressor in which the coefficient of expansion of the material of the downstream portion (5a) of the cover is adapted to the axial displacements of the end of the rotor blades (2) for at least two of said regimes. operating the turbomachine. 9. A method of producing a centrifugal compressor cover (5) according to one of claims 1 to 5, for a turbomachine, comprising: - determining at least two operating speeds of the turbomachine corresponding to different temperatures. at the centrifugal compressor; - The choice of a first material adapted to optimize at least the clearance (J2) between the cover (5) and the blades (2) near the trailing edge (7) on all of said operating regimes; - The choice of a second material adapted to optimize at least the clearance (J1) between the cover (5) and the blades (2) near the leading edge (6) on all of said operating regimes; - The realization of a cover (5) by assembling an upstream portion (5b) made in the second material and a downstream portion (5a) made in the first material, the separation between the two parts being at a curvilinear abscissa (S3) on the profile of the cover (5) in an axial plane, such that the cover (5) made with these two parts (5a, 5b) optimizes at least the clearance upstream (J1) and downstream (J2 ) on all of the said operating regimes.