FR3040447A1 - Diffuseur de compresseur radial a amortissement de vibrations - Google Patents

Abstract

L'invention propose un diffuseur (20) de compresseur radial (1) d'une turbomachine, comprenant - deux flasques annulaires (21), en regard l'un de l'autre, centrés sur un axe (X-X) de la turbomachine, chaque flasque comprenant une portion annulaire (23) d'extrémité radialement interne du flasque, lesdites portions (23) des deux flasques formant une section d'entrée (24) d'un flux d'air dans le diffuseur, et - une série de pales (22) s'étendant entre les flasques (21), adaptées pour redresser le flux d'air, le diffuseur (20) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un organe (30) d'amortissement de vibrations des portions (23) des flasques formant la section d'entrée d'air (24).

Description

DOMAINE DE L’INVENTION L’invention concerne un diffuseur de compresseur radial de turbomachine, notamment d’un compresseur radial haute-pression, et un compresseur radial comprenant un tel diffuseur.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Un compresseur comprend un ou plusieurs étages de rotor, et un ou plusieurs étages de redresseur coaxiaux autour d’un axe principal de turbomachine, correspondant globalement à une direction de propagation du flux d’air dans la turbomachine.

En référence à la figure 1, le dernier étage d’un compresseur, par exemple d’un compresseur haute-pression d’une turbomachine, peut être radial par rapport à l’axe de la turbomachine. A cet égard, il comporte un rouet 2 à pales radiales rotatives qui aspirent l’air axialement et le refoulent radialement de manière centrifuge. L’air débouchant du rouet est ensuite redressé par un diffuseur fixe 3, qui s’étend radialement autour du rouet. Le diffuseur comprend à cet égard deux flasques annulaires 4 en regard l’un de l’autre, définissant entre eux un interstice dans lequel s’écoule le flux d’air en sortie du rouet. Des pales fixes s’étendent entre les flasques pour redresser le flux d’air.

La portion annulaire d’extrémité radialement interne des flasques constitue une zone d’entrée d’air entre les flasques en sortie du rouet. Il s’agit donc de la portion des flasques la plus proche de la rotation des pales du rouet. De ce fait, les parois des flasques au niveau de cette portion sont soumises à des sollicitations vibratoires importantes.

Comme visible sur la figure 1, les parois des flasques au niveau de cette portion sont dimensionnées pour pouvoir tenir ces vibrations, et en particulier présentent une surépaisseur par rapport à l’épaisseur du reste des flasques, formant ainsi des becquets 5.

Cette surépaisseur implique une masse supplémentaire pour la turbomachine, c’est-à-dire une consommation de carburant plus importante pour son fonctionnement. De plus, les fortes épaisseurs des becquets induisent une fatigue olygocyclique, c’est-à-dire une fatigue thermique liée aux cycles de fonctionnement de la turbomachine (un cycle comprenant typiquement une phase de décollage, de croisière, et d’atterrissage de l’aéronef dans lequel la turbomachine est installée). Cette fatigue réduit la durée de vie de la pièce, ce qui implique des maintenances plus fréquentes et un coût plus important pour l’entretien de la turbomachine.

PRESENTATION DE L’INVENTION

Un but de l’invention est de proposer un diffuseur de compresseur radial ne présentant pas les inconvénients de l’art antérieur.

En particulier, un des buts de l’invention est de proposer un diffuseur présentant une durée de vie plus longue que les diffuseurs de l’art antérieur. Un autre but de l’invention est de proposer un diffuseur plus léger que l’art antérieur. A cet égard, l’invention a pour objet un diffuseur de compresseur radial d’une turbomachine, comprenant - deux flasques annulaires, en regard l’un de l’autre, centrés sur un axe de la turbomachine, chaque flasque comprenant une portion annulaire d’extrémité radialement interne du flasque, lesdites portions des deux flasques formant une section d’entrée d’un flux d’air dans le diffuseur, et une série de pales s’étendant entre les flasques, adaptées pour redresser le flux d’air, le diffuseur étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un organe d’amortissement de vibrations des portions des flasques formant la section d’entrée d’air.

Avantageusement, mais facultativement, le diffuseur selon l’invention peut en outre comprendre au moins l’une des caractéristiques suivantes : chaque organe d’amortissement des vibrations peut comprendre au moins un patin en contact frottant avec au moins une portion de la section d’entrée d’air. les flasques comprennent un flasque amont et un flasque aval par rapport au flux d’air dans la turbomachine, et au moins un patin peut être contact frottant avec une surface annulaire amont de la portion d’extrémité radialement interne du flasque amont et/ou avec une surface annulaire aval de la portion d’extrémité radialement interne du flasque aval. chaque organe d’amortissement des vibrations peut comprendre une tôle rapportée sur une surface annulaire de la portion d’extrémité radialement interne d’un flasque, ladite tôle comprenant une pluralité de patins en contact avec ladite portion, dont au moins un patin est en contact frottant avec la surface annulaire et au moins un patin est fixé à ladite surface, chaque tôle peut comprendre au moins deux patins fixés à la surface annulaire de la portion du flasque. la fixation d’un patin à la surface annulaire peut être réalisée par la mise en œuvre d’au moins une technique parmi le groupe comprenant brasage, rivetage, boulonnage, soudage et collage. chaque tôle peut être ondulée et présenter en alternance un patin en contact avec la surface annulaire et un lobe espacé par rapport à ladite surface, chaque tôle peut s’étendre sur un secteur d’anneau. l’organe d’amortissement des vibrations peut comprendre une pluralité de tôles réparties régulièrement sur la circonférence de la surface annulaire, chaque flasque peut en outre présenter une portion périphérique s’étendant entre la portion d’extrémité radialement interne et l’extrémité radialement externe, et l’épaisseur de chaque flasque au niveau de sa portion d’extrémité radialement interne est sensiblement égale à l’épaisseur du flasque au niveau de sa portion périphérique. L’invention a également pour objet un compresseur radial de turbomachine, comprenant un diffuseur selon la description qui précède.

Le diffuseur proposé comprend un organe d’amortissement des vibrations des portions des flasques formant la section d’entrée d’un flux d’air dans le diffuseur. Ainsi les vibrations sont absorbées par un organe adapté et il n’est pas nécessaire de prévoir des becquets présentant une surépaisseur par rapport au reste des flasques. La fatigue des becquets formés par cette surépaisseur est également supprimée. L’organe peut être sous la forme d’une tôle gaufrée rapportée sur une surface des portions des flasques formant la section d’entrée d’air et présentant des contacts frottant avec la surface. L’amortissement des vibrations se fait ainsi par friction entre les patins frottant de la tôle et les portions d’extrémité radialement interne des flasques.

Cette tôle est avantageusement dimensionnée pour présenter une masse inférieure à la masse additionnelle résultant de la surépaisseur des becquets de l’art antérieur, ce qui permet d’alléger globalement le diffuseur.

DESCRIPTION DES DESSINS D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :

La figure 1, déjà décrite, représente un exemple de diffuseur de compresseur radial de l’art antérieur,

La figure 2 représente un exemple d’un diffuseur de compresseur radial conforme à un mode de réalisation de l’invention,

Les figures 3a et 3b représentent des exemples de réalisation d’un organe d’amortissement d’un diffuseur de compresseur radial.

DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L’INVENTION

En référence à la figure 2, on a représenté un compresseur 1 radial de turbomachine. Ce compresseur radial forme avantageusement le dernier étage d’un compresseur haute-pression d’une turbomachine.

Ce compresseur 1 comporte un rouet 10 comportant deux couvercles 11 fixes centrés sur un axe X-X de la turbomachine, en regard l’un de l’autre, et une pluralité de pales 12 disposées entre les couvercles 11, les pales étant rotatives autour de l’axe X-X de la turbomachine. Les pales du rouet aspirent un flux d’air sensiblement axial et le compriment avant de le refouler radialement dans une direction centrifuge.

Le compresseur 1 comporte en outre un diffuseur 20 s’étendant coaxialement au rouet 10, autour de celui-ci. Le rôle du diffuseur 20 est de convertir une partie de l’énergie cinétique des gaz en provenance du rouet 10 en pression statique en ralentissant la vitesse des gaz, et de redresser l'écoulement issu du rouet 10. A cet égard le diffuseur comporte deux flasques 21 de forme annulaire, centrés sur l’axe X-X de la turbomachine et en regard l’un de l’autre, définissant un espace annulaire dans lequel débouche l’air comprimé par le rouet 10. Les flasques sont positionnés en regard des couvercles 11 du rouet.

En outre le diffuseur 20 comporte une pluralité de pales 22 s’étendant entre les flasques 21. Les pales 22 sont fixes - c’est-à-dire qu’elles ne sont pas rotatives autour de l’axe X-X - mais peuvent être à calage variable.

Chaque flasque 21 comprend une portion annulaire d’extrémité radialement interne 23 par rapport à l’axe X-X, cette portion étant en contact avec les couvercles 11 du rouet et au voisinage des pales 12 rotatives du rouet. Les portions 23 des deux flasques en regard l’une de l’autre forment donc une section d’entrée d’air 24 d’un flux d’air provenant des pales 12 du rouet dans le diffuseur 20.

Les portions 23 de la section d’entrée d’air sont soumises à des vibrations résultant de la rotation rapide des pales 12 du rouet.

Afin d’amortir ces vibrations, le diffuseur comprend en outre un organe 30 d’amortissement des vibrations des portions 23 formant la section d’entrée d’air.

Selon un mode de réalisation préféré, l’organe d’amortissement 30 comprend au moins un patin 311 en contact frottant avec une portion d’extrémité radialement interne 23 d’un flasque. Ainsi la vibration de la portion 23 provoque un frottement de cette portion contre le patin 311 et l’énergie vibratoire est dissipée par friction entre la portion et le patin.

De ce fait, comme visible sur la figure 2, il n’est pas nécessaire de prévoir pour les portions 23 une surépaisseur venant former au niveau de ces portions des becquets. Au contraire, en définissant pour chaque flasque une partie annulaire périphérique 25 s’étendant de la limite radialement externe d’une portion 23 à l’extrémité radialement externe du flasque, l’épaisseur de la portion 23 est sensiblement égale à l’épaisseur de la partie périphérique 25, les épaisseurs étant mesurées dans la direction de l’axe X-X.

Cette absence d’une surépaisseur représente une économie de matière et de masse.

Comme visible sur la figure 2, chaque portion annulaire d’extrémité radialement interne 23 d’un flasque 21 comprend deux surfaces annulaires radiales autour de l’axe X-X en vis-à-vis l’une de l’autre, respectivement une surface amont 230 et une surface aval 231, les termes amont et aval étant déterminés par rapport à la direction d’écoulement de l’air global dans la turbomachine, qui correspond à la flèche FP sur la figure 2, bien que localement au niveau du diffuseur l’écoulement d’air se fasse radialement et de façon centrifuge selon la flèche FL. L’organe d’amortissement des vibrations 30 comprend au moins un patin 311 en contact frottant avec au moins une surface 230, 231 d’une portion 23, et de préférence avec au moins une surface de chaque portion 23 d’un flasque afin d’amortir les vibrations de chaque flasque au niveau de la section d’entrée d’air 24.

En référence aux figures 3a et 3b, l’organe d’amortissement de vibrations 30 comprend avantageusement au moins un tôle 31 portant le ou les patins frottant(s) 311, ladite tôle étant de préférence conformée en secteur d’anneau pour pouvoir être montée sur une surface annulaire 230, 231 d’une portion 23.

Avantageusement, pour chaque surface 230, 231 sur laquelle un patin 311 se trouve en contact frottant, l’organe d’amortissement 30 comprend une pluralité de tôles 31 en secteur d’anneau, réparties régulièrement sur la circonférence de ladite surface.

Comme la veine du passage de flux d’air dans le diffuseur doit être exempte d’obstacle, la ou les tôles 31 comportant les patins 310 en contact frottant sont, de préférence, rapportées sur la surface annulaire amont 230 de la portion 23 du flasque amont, et/ou sur la surface annulaire aval 231 de la portion 23 du flasque aval.

Ainsi sur la figure 3a on a représenté des tôles 31 rapportées sur la surface annulaire aval 231 de la portion 23 du flasque aval du diffuseur, et sur la figure 3b on a représenté des tôles 31 rapportées à la fois sur la surface amont 230 de la portion 23 du flasque amont et sur la surface aval 231 de la portion 23 du flasque aval.

Chaque tôle 31 comprend une pluralité de patins 310 en contact avec la surface de la portion 23 ; parmi lesquels au moins un patin 311 est en contact frottant avec ladite surface, c’est-à-dire que le patin est libre de glisser sur la surface, en restant en contact avec celle-ci, et au moins un patin 312 est fixé à la surface, permettant la fixation de la tôle 31 au flasque 21.

La fixation d’un patin 312 à la surface 230, 231 de la portion 23 d’un flasque peut être réalisée par toute technique d’assemblage appropriée, c’est-à-dire par exemple par au moins une technique parmi les techniques de brasage, rivetage ou boulonnage, soudage, collage, etc.

De préférence, chaque tôle 31 comprend deux ou trois patins 312 fixés à une surface annulaire 230,231, et au moins un autre patin 311 en contact frottant avec cette surface. Les patins 312 fixés à la surface annulaire comprennent avantageusement les patins situés aux extrémités de la tôle, et, pour les patins supplémentaires, des patins répartis régulièrement entre ces extrémités.

Ainsi, dans l’exemple non limitatif de la figure 3b, chaque tôle 31 comprend au total sept patins 310, dont trois sont des patins de fixation 312, disposés aux extrémités et au milieu de la tôle, et les quatre autres sont des patins frottants 311.

Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, chaque tôle 31 est gaufrée ou ondulée, c’est-à-dire qu’elle comporte successivement un patin 310 en contact avec la surface 230, 231 de la portion 23, le patin étant formé par une section plane de la tôle, et un lobe 313 qui est espacé par rapport à cette surface, c’est-à-dire qui n’est pas en contact avec cette surface. Avantageusement, l’espace s’étendant entre la surface de la portion 23 et le lobe 313 présente une profondeur, mesurée dans la direction de l’axe X-X, inférieure à 5 cm, de préférence inférieure à 1 cm, par exemple comprise entre 4mm et 8mm.

Chaque lobe 313 peut être arrondi ou formé par des portions rectilignes de la tôle inclinées les unes par rapport aux autres. Ainsi deux patins consécutifs 310 sont séparés par un lobe 313, ces lobes autorisant la déformation de la tôle et le déplacement relatif des patins frottants 311 par rapport aux portions 23 du diffuseur.

La tôle présente en outre une épaisseur faible, avantageusement inférieure à 5 mm, de préférence inférieure à 3 mm, pour autoriser une déformation. La hauteur d’une tôle 31, mesurée radialement, est de préférence comprise entre 1 et 10 cm, plus avantageusement comprise entre 1 et 2cm. L’organe d’amortissement de vibrations 30 formé par les tôles 31 permet donc d’éviter un épaississement des flasques 21 au niveau de la section d’entrée d’air 24, ce qui permet d’augmenter la durée de vie de ces pièces, et de diminuer la masse de l’ensemble.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS

   1. Diffuseur (20) de compresseur radial (1) d’une turbomachine, comprenant deux flasques annulaires (21), en regard l’un de l’autre, centrés sur un axe (X-X) de la turbomachine, chaque flasque (21) comprenant une portion annulaire (23) d’extrémité radialement interne du flasque, lesdites portions (23) des deux flasques formant une section d’entrée (24) d’un flux d’air dans le diffuseur, et - une série de pales (22) s’étendant entre les flasques (21), adaptées pour redresser le flux d’air, le diffuseur (20) étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un organe (30) d’amortissement de vibrations des portions (23) des flasques formant la section d’entrée d’air (24).
2. 2. Diffuseur (20) selon la revendication 1, dans lequel chaque organe d’amortissement des vibrations (30) comprend au moins un patin (311) en contact frottant avec au moins une portion (23) de la section d’entrée d’air (24).
3. 3. Diffuseur (20) selon la revendication 2, dans lequel les flasques (21) comprennent un flasque amont et un flasque aval par rapport au flux d’air dans la turbomachine, et au moins un patin (311) est en contact frottant avec une surface annulaire amont (230) de la portion (23) d’extrémité radialement interne du flasque amont et/ou avec une surface annulaire aval (231) de la portion d’extrémité radialement interne (23) du flasque aval.
4. 4. Diffuseur (20) selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel chaque organe d’amortissement des vibrations (30) comprend une tôle (31) rapportée sur une surface annulaire (230, 231) de la portion d’extrémité radialement interne (23) d’un flasque, ladite tôle comprenant une pluralité de patins (310) en contact avec ladite portion, dont au moins un patin (311) est en contact frottant avec la surface annulaire et au moins un patin (312) est fixé à ladite surface.
5. 5. Diffuseur (20) selon la revendication 4, dans lequel chaque tôle (31) comprend au moins deux patins (312) fixés à la surface annulaire (230, 231) de la portion (23) du flasque (21).
6. 6. Diffuseur (20) selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel la fixation d’un patin (312) à la surface annulaire (230, 231) est réalisée par la mise en œuvre d’au moins une technique parmi le groupe comprenant brasage, rivetage, boulonnage, soudage et collage.
7. 7. Diffuseur (20) selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel chaque tôle (31) est ondulée et présente en alternance un patin (310) en contact avec la surface annulaire et un lobe (313) espacé par rapport à ladite surface.
8. 8. Diffuseur (20) selon l’une des revendications 4 à 7, dans lequel chaque tôle (31) s’étend sur un secteur d’anneau.
9. 9. Diffuseur (20) selon l’une des revendications 4 à 8, dans lequel l’organe d’amortissement des vibrations (30) comprend une pluralité de tôles (31) réparties régulièrement sur la circonférence de la surface annulaire (230, 231).
10. 10. Diffuseur (20) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque flasque présente en outre une portion périphérique (25) s’étendant entre la portion d’extrémité radialement interne (23) et l’extrémité radialement externe, et l’épaisseur de chaque flasque au niveau de sa portion d’extrémité radialement interne (23) est sensiblement égale à l’épaisseur du flasque au niveau de sa portion périphérique.
11. 11. Compresseur radial (1) de turbomachine, comprenant un diffuseur (10) selon l’une des revendications qui précèdent.