WO2011157957A1 - Secteur angulaire de redresseur pour compresseur de turbomachine, redresseur de turbomachine et turbomachine comprenant un tel secteur - Google Patents

Secteur angulaire de redresseur pour compresseur de turbomachine, redresseur de turbomachine et turbomachine comprenant un tel secteur Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to the general field of turbomachine compressor rectifiers, such as an aircraft turbojet or turboprop.
  • a turbomachine compressor consists of a plurality of compression stages each formed of an annular row of moving blades mounted on a shaft of the turbomachine and a rectifier mounted on an outer annular casing of the turbomachine.
  • a compressor straightener may be a ring, or it may be sectored (i.e. consisting of a plurality of angular sectors connected end-to-end circumferentially about the longitudinal axis of the compressor). Throughout this application, we will mean
  • Rectifier angular sector (or “rectifier area” for brevity), any rectifier angular sector whose angle is equal to or less than 360 °.
  • Each rectifier sector comprises an outer ferrule and an inner ferrule disposed coaxially one inside the other, and a
  • each angular rectifier sector on the external annular casing of the turbomachine is carried out, for example, by means of mounting tabs provided respectively at each axial end of the outer shell of said sector and intended to be engaged in grooves. corresponding annular crankcase.
  • the document EP 1,811,131 proposes to relieve the leading and trailing edges of the blades of the rectifier sectors by reducing the rigidity at the root of the rectifier blades in order to optimize the transition of the forces from the blades to the outer shell.
  • the leading and / or trailing edges of the blades are connected to zones of the outer shell which are less rigid than those connected in particular to the mounting lugs of this outer shell.
  • this solution does not provide sufficient damping at the connection areas of the leading edges and vanishing of the blades on the outer ring, to effectively prevent blade rupture due to vibration.
  • the present invention aims to provide an angular rectifier sector for effectively limiting the mechanical stresses to which is subjected, in operation, each blade of the rectifier sector and in particular its leading edges and / or leakage.
  • an angular rectifier sector for a turbomachine compressor extending around an axis of radial symmetry, comprising an outer ferrule and an inner ferrule arranged coaxially one inside the other, and on the other. less a blade extending radially between said ferrules and connected thereto by its radial ends, in which the outer ferrule comprises, at each axial end, means for mounting the angular rectifier sector on a casing of the turbomachine, characterized in that the outer shell comprises, at at least one axial end, a cavity opening on said axial end, said cavity extending between an inner radial tongue of the outer shell to which is connected the radial outer end of the blade and an outer radial tongue of the outer shell carrying means for mounting the angular rectifier sector on a casing of the turbomachine, and in that at least one insert forming abutment is housed at least partially in said cavity, said abutment insert being able to limit the radial displacements of the inner
  • upstream and downstream are defined with respect to the normal flow direction of the gas (from upstream to downstream) through the turbomachine.
  • the axis of the turbomachine is called the axis of radial symmetry of the turbomachine.
  • the axial direction corresponds to the direction of the axis of the turbomachine, and a radial direction is a direction perpendicular to this axis.
  • an axial plane is a plane containing the axis of the turbomachine and a radial plane is a plane perpendicular to this axis.
  • the adjectives and adverbs axial, radial, axially and radially are used with reference to the aforementioned axial and radial directions.
  • the internal and external adjectives are used with reference to a radial direction so that the part or the internal (ie radially internal) face of an element is closer to the axis of the turbomachine than the part or the outer (ie radially external) face of the same element.
  • the abutment insert (hereinafter “abutment element”) constitutes a rigid spacer positioned between the inner and outer radial tongues of the outer shroud.
  • the stop element is clamped radially against the inner radial tongue and / or the outer radial tongue.
  • the stop element is clamped radially against the inner radial tongue and / or the outer radial tongue.
  • the maximum tightening is optimized to allow easy assembly and disassembly of the stop element.
  • the rigid element is in effortless contact with the inner radial tongue and / or the outer radial tongue of the outer shell.
  • the recess between the abutment element and the inner radial tongue and / or the outer radial tongue must be sufficiently rigid to allow micro-displacements of the inner radial tongue in operation, namely in the presence of vibrations in the rectifier.
  • the assembly formed by the outer ferrule and the abutment element is therefore not a completely rigid assembly (i.e. it is non-rigid).
  • the inner radial tongue must be able to move back and forth so as to cause successive losses and resumption of contact between the abutment element and the outer shell.
  • the inner radial tongue takes off (ie moves away radially from the outer radial tongue), thus modifying the recess between the outer ring and the stop element, then returns towards its initial position, and so on. Pounding between the abutment element and the outer ferrule makes it possible to modify the frequency of the vibratory mode, and thus avoids a resonance.
  • the abutment element is therefore able to limit the displacements of the inner radial tongue of the outer shell and therefore of the blade in the radial direction, and thus to maintain the vibratory levels below maximum values. acceptable. Provisions of the present invention, it therefore results in better holding blades to the mechanical stresses to which they are subjected and a reduction of the risks of ruptures of the blades in vibratory fatigue.
  • the abutment member can be easily removed and / or replaced, so that wear of the outer shroud can be easily controlled, and that the bearing surface (s) can be easily reconditioned.
  • the outer shell comprises an upstream cavity opening on the upstream end of the outer shell and a downstream cavity opening on the downstream end of the outer shell, at least one insert forming abutment being housed in at least one of said cavities.
  • at least one insert forming abutment is housed in each of the upstream and downstream cavities of the outer shell.
  • the outer shell is formed in one piece. In other words, the inner radial tongue, the outer radial tongue and the middle portion that joins them are one and the same piece.
  • the outer shell can for example be obtained directly from foundry. According to another variant embodiment, its shape can also result from a machining operation.
  • the entire rectifier sector can be made in one piece.
  • the assembly formed by the outer shell, the inner shell and the blade or blades is a monobloc structure, simpler to produce and more resistant than a set of several parts assembled together.
  • At least one of the radial ends of the abutment element cooperates in form complementarity with the outer shell, whereby said element is held in position in the axial direction.
  • the abutment insert may be a ring portion having an oblong shape in an axial plane, the inner and outer radial ends of which respectively cooperate with an annular groove portion formed in the inner radial tongue and a portion of annular groove formed in the outer radial tongue.
  • the stop element is fixed on the outer shell by a brazed connection.
  • the abutment element is a ring portion of which one of the radial ends cooperates with a portion of annular groove of corresponding shape provided in the outer ferrule and the other radial end is connected to the outer shell by a brazed connection.
  • the abutment element is a ring portion comprising a base portion of a cylinder located opposite the inner radial tongue, and a middle portion extending radially outwards. from said base to the outer radial tongue of the outer shell.
  • the base portion of the cylinder may comprise at least one recess on its inner radial face. Such recess allows a gain in mass and a better location of the contacts between the stop member and the inner radial tongue of the outer shell.
  • the invention also relates to a turbomachine rectifier formed of one or a plurality of angular rectifier sectors as defined above.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising at least one such rectifier.
  • Figure 1 is a partial view in longitudinal section of a turbomachine compressor comprising at least one rectifier angular sector according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 to 4 are partial views and in axial section of angular rectifier sectors according to other embodiments of the invention.
  • the compressor 10 shown partially and schematically in FIG. 1 comprises several compression stages of which only two have been shown, each stage comprising an annular row of moving blades 12 mounted on a disk 14 carried by the rotor shaft (not represented).
  • the radial axis of symmetry of the compressor is denoted by A in FIG.
  • a rectifier sector 18 such as that shown in FIG. 1 comprises two internal and external coaxial ferrules 22, for example in a portion of a cylinder, extending one inside the other and connected to one another. the other by one or more radial blades 26. These blades 26 have a concave or intrados face and a convex face or extrados which are connected to their upstream and downstream ends forming leading edges 28 and trailing 30 of the air flowing in the compressor 10.
  • the inner ferrule 22 carries on its inner surface an abradable coating 32 intended to cooperate with radial wipers 34 carried by the rotor shaft (not shown) in order to avoid a possible recreating of the gases under the inner ferrule 22.
  • the outer shroud 24 of the rectifier sector 18 is made in one piece and consists of an inner radial tongue 36 to which the outer radial ends of the blades 26, and an outer radial tongue 38 coaxial with said inner radial tongue 36, which tongues are interconnected by a medial portion 40.
  • the middle portion 40 is located at the upstream end of the outer shell 24, so that the upstream ends of the inner radial tongues 36 and outer 38 are directly attached thereto.
  • a cavity 42, opening on the downstream end of the outer shell 36, is thus delimited by the inner radial tongues 36 and outer 38 (which form the walls of the cavity) and the medial portion 40 (which constitutes the bottom of the cavity ).
  • the outer shell 24 comprises means for mounting the rectifier sector 18 on the casing 20 of the turbomachine.
  • these mounting means comprise an upstream mounting tab 44 in the form of a cylinder portion extending upstream from the middle portion 40, and a downstream mounting tab 46 in the form of a portion of cylinder formed at the end of the outer radial tongue.
  • Each of these mounting tabs 44, 46 extends axially and is intended to cooperate with a corresponding groove 52, 54 of the casing 20.
  • the cavity 42 of the outer shell 24 is intended to receive an insert forming abutment (hereinafter "stop element").
  • the abutment element is a ring portion 607 extending circumferentially on only one part or on the whole of the rectifier angular sector.
  • the ring portion 607 has, in an axial plane, an oblong shape.
  • Its mounting on the angular rectifier sector is for example made by tangential sliding between two portions of grooves rings 96, 98 formed opposite one another in a radial plane, respectively on the inner radial tongue and on the outer radial tongue of the outer ring.
  • Each annular groove portion has, in an axial plane, a profile complementary to that of one of the radial ends of the ring portion 607. This arrangement ensures that the ring portion 607 is held in position in the direction axial, inside the cavity 42.
  • the annular groove portions 96, 98 may be covered with a protection against wear due to friction and impact with the stop element 607, for example a lubricant , a varnish or a carbide deposit.
  • the stop element 607 is a rigid element. In the example, it is in effortless contact with the inner radial tongue 36 and the outer radial tongue 38. According to other exemplary embodiments, a small clearance can be provided between the abutment element and the internal radial tongue and or between the abutment member and the outer radial tongue. According to yet another embodiment, the stop element may be slightly clamped radially between the inner radial tongue and the outer radial tongue.
  • the embedding between the stop element and the inner radial tongue is not completely rigid, it can take off radially, in case of vibratory stresses. Its micro-displacements lead to a succession of losses and resumption of contact with the stop element, which modify the frequency of the vibratory mode and prevent it from going into resonance.
  • the radial displacements of the inner radial tongue 36 are favored by the small thickness of this tongue and / or by the presence of grooves (not shown) in the outer shell, between the different blades of the rectifier sector. These grooves in fact promote tilting of the inner radial tongue by preventing the recovery of bending moments.
  • the stop element 607 which forms a rigid spacer between the inner and outer radial tongues, thus makes it possible to counteract the vibratory mode of the blade 26. It provides a damping capacity which limits the maximum blade displacements in the radial direction and therefore the mechanical stresses to which they are subjected in operation.
  • FIG. 2 illustrates another exemplary embodiment in which the abutment element is a ring portion 608 substantially identical to that described with reference to FIG. 1, but whose external radial end comprises a plane surface 100 able to come resting on the inner face of the outer radial tongue 38 and to be fixed by a shaved b connection (schematized by the solder bead 104).
  • the inner radial end is held inside an annular groove portion 96 of corresponding shape formed in the inner radial tongue 36.
  • a shoulder 102 formed in the outer radial tongue allows the axial positioning of the ring portion 608 before the soldering step, in that the radial outer end of the portion of 608 ring bears against the shoulder 102.
  • the holding in position of the ring portion inside the cavity 42 of the outer shell 24 is obtained here by the brazed connection.
  • Such a connection makes it possible to avoid the use of a tangential or axial retention cleat to keep the stop element in position.
  • the brazing operation can be carried out concomitantly with that generally performed on the abradable coating 32 of the inner ferrule 22.
  • the abutment element is pressed against the tongue of the outer ferrule 24 with which he has to interact.
  • the contact pressure may in particular be adjusted by placing the stop element into stress at the time of brazing. Manufacturing tolerances can therefore be widened.
  • the outer shroud is stiffened thanks to the brazed connection, which allows transmission of a portion of the forces from the blades 26 to the housing, and this, either in normal and exceptional operation (pumping, etc.), or only in case of exceptional operation.
  • FIG. 3 illustrates a third embodiment of the invention, in which the abutment element is a ring portion 609 having an axial T-section, consisting of a cylinder-portion base 106 situated opposite the outer face of the inner radial tongue 36, and a medial portion 108, extending radially outwardly approximately from the middle of the base in cylinder portion 106, to the outer radial tongue 38.
  • the outer radial end of the medial portion 108 is soldered to the outer radial tongue 38.
  • a recess 110 is provided on the inner face of the base 106, so as to improve the location of the contacts between the stop member 609 and the outer ring 24.
  • the operation of the element The abutment 609 is, for the rest, identical to that described in connection with the element 607 of FIG.
  • the inner face of the cylinder portion base 106 may be devoid of recess.
  • This configuration is particularly adapted to the case where, in order to optimize the mass, openings have been made in the outer radial tongue 38 of the outer shell 24, these openings opening towards the dead cavity of the turbomachine (ie the zone of the turbomachine in which the gases do not circulate).
  • the configuration of the abutment element 609 as shown in FIG. 4 improves the seal towards the dead cavity, but also on the free side of the outer shell, thereby avoiding recirculation phenomena.
  • the trailing edges 30 of the blades 26 are attached to the distal end of the inner radial tongue 36 (here its downstream end, which is remote from the middle portion, more rigid).
  • the trailing edges 30 are therefore attached to a portion of the outer shell 24 which is less rigid than that to which the leading edges 28 of the blades are connected.
  • This configuration is particularly suitable in the case where the trailing edges 30 of the blades 26 are subjected, in operation, to greater radial displacements than those to which the leading edges 28 are subjected.
  • the outer shell 24 has a median portion at its downstream end and a cavity opening towards its upstream end.
  • the leading edges 28 of the blades 26 are attached to a portion of the outer shell 24 (the distal end of the inner radial tongue 36) less rigid than that (the end of the inner radial tongue connected to the middle portion 40) to which are connected the trailing edges 30 of the blades 26.
  • This configuration is particularly suitable when the leading edges 28 of the blades 26 are subjected, in operation, to greater radial displacements than those to which are subject the trailing edges 30.
  • the middle portion 40 is located at a distance from the axial ends of the outer shell 24, and preferably substantially in the center of said shell 24, taken in its axial direction.
  • the outer shell 24 has two cavities, one upstream, opening on the upstream end of the outer shell, and the other downstream, opening on its downstream end.
  • Each radial tongue of the outer shell is then composed of two parts of tongues, one upstream, the other downstream, connected to each other through the middle portion.
  • the upstream cavity is delimited by an upstream inner radial tongue portion, an upstream outer radial ferrule portion, and the middle portion.
  • the downstream cavity is delimited by a downstream inner radial tongue portion, a downstream outer radial tongue portion and the middle portion.
  • one or more damping inserts are disposed in only one of the two cavities. It may also be envisaged that at least one damping element is attached to each of the cavities of the outer shell.
  • This configuration is particularly suitable in the case where both the leading edges 28 and the trailing edges 30 of the blades 26 are subjected to significant vibratory activities, so that completely decoupled vibratory modes are likely to resonate separately at level of these leading and trailing edges 28, 30.
  • Note that the introduction of a stop member in a cavity of the outer ring is all the easier as the height and depth of this cavity are important.
  • the upstream and downstream mounting means 44, 46 of the rectifier sector 18 on the casing 20 of the turbomachine have therefore been offset relative to each other in the radial direction. From Figure 1, it appears in particular that the junction between the downstream mounting lug 46 (ie the mounting lug carried by the outer radial tongue 38, and located on the side of the cavity 42) and the corresponding groove 54 of the housing been raised.
  • This arrangement makes it possible to increase the height (taken in the radial direction) of the outer shell, and thus of the cavity 42.
  • the cavity is made by machining
  • this arrangement also makes it possible to increase the depth of the cavity 42. Because of the machining constraints (constraints particularly related to the particular tooling used), in fact, the height of the cavity 42 conditions its depth. The greater the height of the cavity 42, the greater the depth of the cavity can be important and the greater the radial displacements exploited by the damper will be large.

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Abstract

La présente invention concerne un secteur angulaire de redresseur (18) pour compresseur de turbomachine, comportant une virole externe (24) et une virole interne (22), et au moins une pale (26) s'étendant radialement entre les dites viroles (22, 24) et raccordée à celles-ci par ses extrémités radiales. A l'une de ses extrémités axiales, la virole externe (24) comporte une cavité (42) débouchant sur ladite extrémité axiale et s'étendant entre une languette radiale interne (36) de la virole externe (24) à laquelle est raccordée l'extrémité radiale externe de la pale (26) et une languette radiale externe (38) de la virole externe (24) portant des moyens de montage (46) du secteur angulaire de redresseur (18) sur un carter (20) de la turbomachine. Un élément rapporté (607) formant butée est logé dans la cavité (42), ledit élément rapporté formant butée (607) étant apte à limiter les déplacements radiaux de la languette radiale interne par contact et ainsi à modifier le comportement vibratoire de ladite languette radiale interne (36).

Description

SECTEUR ANGULAIRE DE REDRESSEUR POUR COMPRESSEUR DE TURBOMACHINE
Arrière-plan de l'invention
5 La présente invention concerne ie domaine général des redresseurs pour compresseur de turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.
Un compresseur de turbomachine est constitué d'une pluralité d'étages de compression formés chacun d'une rangée annulaire d'aubes 10 mobiles montées sur un arbre de la turbomachine et d'un redresseur monté sur un carter annulaire externe de la turbomachine.
Un redresseur de compresseur peut être constitué d'un anneau, ou il peut être sectorisé (i.e. constitué d'une pluralité de secteurs angulaires reliés bout-à-bout circonférentiellement autour de l'axe longitudinal du 15 compresseur). Tout au long de la présente demande, on entendra par
« secteur angulaire de redresseur » (ou « secteur de redresseur » pour plus de concision), tout secteur angulaire de redresseur dont l'angle est égal ou inférieur à 360°.
Chaque secteur de redresseur comprend une virole externe et une 20 virole interne disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, et une
(ou plusieurs) pale(s) s'étendant radialement entre ces viroles et raccordée(s) à celles-ci par ses (leurs) extrémité(s) radiale(s).
Le montage de chaque secteur angulaire de redresseur sur le carter annulaire externe de la turbomachine est réalisé, par exemple, par le biais 25 de pattes de montage prévues respectivement à chaque extrémité axiale de la virole externe dudit secteur et destinées à être engagées dans des gorges annulaires correspondantes du carter.
En fonctionnement, un tel secteur de redresseur est soumis à de fortes sollicitations mécaniques, tant statiques que vibratoires.
30 Dans des redresseurs connus de l'art antérieur dans lesquels les bords d'attaque et de fuite des pales sont raccordés à des parties très épaisses et très rigides de la virole externe, ces sollicitations mécaniques sont essentiellement reprises par les zones du bord d'attaque et du bord de fuite raccordées à la virole externe du secteur de redresseur. Comme 35 ces zones de raccordement sont minces et peu résistantes, un risque existe que tes bords d'attaque et de fuite soient endommagés, voire même détruits.
Le document EP 1,811,131 propose de soulager les bords d'attaque et de fuite des pales des secteurs de redresseurs en diminuant la rigidité à l'emplanture des pales du redresseur afin d'optimiser la transition des efforts depuis les pales vers la virole externe. Pour cela, les bords d'attaque et/ou de fuite des pales sont raccordés à des zones de la virole externe qui sont moins rigides que celles raccordées notamment aux pattes de montage de cette virole externe. Toutefois, cette solution n'apporte pas un amortissement suffisant au niveau des zones de raccordement des bords d'attaque et de fuite des pales sur la virole externe, pour éviter efficacement une rupture des pales due aux vibrations. Objet et résumé de l'invention
La présente invention a pour objectif de proposer un secteur angulaire de redresseur permettant de limiter efficacement les contraintes mécaniques auxquelles est soumise, en fonctionnement, chaque pale du secteur de redresseur et en particulier ses bords d'attaque et/ou de fuite.
Ce but est atteint avec un secteur angulaire de redresseur pour compresseur de turbomachine s'étendant autour d'un axe de symétrie radiale, comportant une virole externe et une virole interne disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, et au moins une pale s'étendant radialement entre les dites viroles et raccordée à celles-ci par ses extrémités radiales, dans lequel la virole externe comporte, à chaque extrémité axiale, des moyens de montage du secteur angulaire de redresseur sur un carter de la turbomachine, caractérisé en ce que la virole externe comporte, à au moins une extrémité axiale, une cavité débouchant sur ladite extrémité axiale, ladite cavité s'étendant entre une languette radiale interne de la virole externe à laquelle est raccordée l'extrémité radiale externe de la pale et une languette radiale externe de la virole externe portant des moyens de montage du secteur angulaire de redresseur sur un carter de la turbomachine, et en ce qu'au moins un élément rapporté formant butée est logé au moins partiellement dans ladite cavité, ledit élément rapporté formant butée étant apte à limiter les déplacements radiaux de la languette radiale interne par contact et ainsi à modifier le comportement vibratoire de ladite languette radiale interne.
Dans la présente demande, sauf précision contraire, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz (de l'amont vers l'aval) à travers la turbomachine. Par ailleurs, on appelle axe de la turbomachine, l'axe de symétrie radiale de la turbomachine. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la turbomachine, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe de la turbomachine et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Sauf précision contraire, les adjectifs et adverbes axial, radial, axialement et radialement sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale précitées. Enfin, sauf précision contraire, les adjectifs interne et externe sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne (i.e. radialement interne) d'un élément est plus proche de l'axe de la turbomachine que la partie ou la face externe (i.e. radialement externe) du même élément.
Selon la présente invention, l'élément rapporté formant butée (ci- après « élément de butée ») constitue une entretoise rigide positionnée entre les languettes radiales interne et externe de la virole externe.
Selon un premier mode de fonctionnement, l'élément de butée est serré radialement contre la languette radiale interne et/ou la languette radiale externe. En d'autres termes, il existe, au repos, de faibles précontraintes entre l'élément de butée et la languette radiale interne et/ou l'élément de butée et la languette radiale externe. Le serrage maximum est toutefois optimisé de manière à permettre un montage et un démontage facile de l'élément de butée.
Selon un autre mode de fonctionnement de l'invention, l'élément rigide est en contact sans effort avec la languette radiale interne et/ou la languette radiale externe de la virole externe.
Selon encore un autre mode de fonctionnement, il existe, au repos, un faible jeu entre l'élément de butée et la languette radiale interne et/ou entre l'élément de butée et la languette radiale externe. Le jeu maximal est toutefois optimisé pour garantir une efficacité suffisante du système et éviter le battement et les risques d'usure qui en résultent. On notera que ce jeu permet de diminuer la rigidité de la liaison entre les pales et le carter de la turbomachine.
Dans tous les cas, l'encastrement entre l'élément de butée et la languette radiale interne et/ou la languette radiale externe doit être suffisamment peu rigide pour permettre des micro-déplacements de la languette radiale interne en fonctionnement, à savoir en présence de vibrations dans le redresseur. L'ensemble formé par la virole externe et l'élément de butée n'est donc pas un ensemble complètement rigide (i.e. il est non rigide). En d'autres termes, la languette radiale interne doit pouvoir se déplacer en va-et-vient de manière à provoquer des pertes et reprises de contact successives entre l'élément de butée et la virole externe. Ainsi lorsque, en fonctionnement, le redresseur est soumis à des vibrations, la languette radiale interne décolle (i.e. s'éloigne radialement de la languette radiale externe), modifiant ainsi l'encastrement entre la virole externe et l'élément de butée, puis revient vers sa position initiale, et ainsi de suite. Le martèlement entre l'élément de butée et la virole externe permet de modifier la fréquence du mode vibratoire, et évite ainsi une mise en résonance.
Conformément à la présente invention, l'élément de butée est donc apte à limiter les déplacements de la languette radiale interne de la virole externe et donc de la pale dans la direction radiale, et à maintenir ainsi les niveaux vibratoires en-deçà de valeurs maximales acceptables. Des dispositions de la présente invention, il résulte donc une meilleure tenue des pales aux contraintes mécaniques auxquelles elles sont soumises et une réduction des risques de ruptures des pales en fatigue vibratoire.
L'élément formant butée peut être facilement retiré et/ou remplacé, de sorte que l'usure de la virole externe peut être facilement contrôlée, et que la ou les surfaces d'appui peuvent être aisément reconditionnées.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la virole externe comporte une cavité amont débouchant sur l'extrémité amont de la virole externe et une cavité aval débouchant sur l'extrémité aval de la virole externe, au moins un élément rapporté formant butée étant logé dans au moins une des dites cavités. Selon un exemple de réalisation, au moins un élément rapporté formant butée est logé dans chacune des cavités amont et aval de la virole externe. Selon un mode de réalisation de l'invention, la virole externe est formée en une seule pièce. En d'autres termes, la languette radiale interne, la languette radiale externe et la portion médiane qui les rejoint sont une seule et même pièce. La virole externe peut par exemple être obtenue directement de fonderie. Selon une autre variante de réalisation, sa forme peut également résulter d'une opération d'usinage.
Selon un autre mode de réalisation, tout le secteur de redresseur peut être réalisé en une seule pièce. En d'autres termes, l'ensemble formé par la virole externe, la virole interne et la ou les pales constitue une structure monobloc, plus simple à réaliser et plus résistante qu'un ensemble de plusieurs pièces assemblées entre elles.
Selon un mode de réalisation, au moins l'une des extrémités radiales de l'élément de butée coopère par complémentarité de forme avec la virole externe, ce par quoi ledit élément est maintenu en position dans la direction axiale.
Par exemple, l'élément rapporté formant butée peut être une portion d'anneau présentant une forme oblongue dans un plan axial, dont les extrémités radiales interne et externe coopèrent respectivement avec une portion de gorge annulaire formée dans la languette radiale interne et une portion de gorge annulaire formée dans la languette radiale externe.
Selon un mode de réalisation, l'élément de butée est fixé sur la virole externe par une liaison brasée.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de butée est une portion d'anneau dont l'une des extrémités radiales coopère avec une portion de gorge annulaire de forme correspondante prévue dans la virole externe et l'autre extrémité radiale est reliée à la virole externe par une liaison brasée.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément de butée est une portion d'anneau comprenant une base en portion de cylindre située en regard de la languette radiale interne, et une portion médiane s'étendant radialement vers l'extérieur depuis ladite base, jusqu'à la languette radiale externe de la virole externe. La base en portion de cylindre peut comporter au moins un embrèvement sur sa face radiale interne. Un tel embrèvement permet un gain de masse et une meilleure localisation des contacts entre l'élément de butée et la languette radiale interne de la virole externe. L'invention concerne également un redresseur de turbomachine formé d'un ou d'une pluralité de secteurs angulaires de redresseur tels que définis précédemment. L'invention concerne encore une turbomachine comportant au moins un tel redresseur.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation de l'invention donnés à titre illustratif et non limitatif. Cette description fait référence aux feuilles de dessins annexées sur lesquelles :
la figure 1 est une vue partielle et en coupe longitudinale d'un compresseur de turbomachine comprenant au moins un secteur angulaire de redresseur selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 2 à 4 sont des vues partielles et en coupe axiale de secteurs angulaires de redresseur selon d'autres modes de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Le compresseur 10 représenté partiellement et schématiquement sur la figure 1 comprend plusieurs étages de compression dont deux seulement ont été représentés, chaque étage comprenant une rangée annulaire d'aubes mobiles 12 montées sur un disque 14 porté par l'arbre de rotor (non représenté) de la turbomachine, et un redresseur fixe 18 porté par un carter externe 20 de turbomachine et constitué par un ou une pluralité de secteurs angulaires de redresseurs mis circonférentiellement bout-à-bout. L'axe de symétrie radiale du compresseur est noté A sur la figure 1.
Un secteur de redresseur 18 tel que celui représenté sur la figure 1 comprend deux viroles coaxiales interne 22 et externe 24, par exemple en portion de cylindre, s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées l'une à l'autre par une ou plusieurs pales radiales 26. Ces pales 26 ont une face concave ou intrados et une face convexe ou extrados qui sont reliées à leurs extrémités amont et aval en formant des bords d'attaque 28 et de fuite 30 de l'air qui s'écoule dans le compresseur 10. La virole interne 22 porte sur sa surface interne un revêtement abradable 32 destiné à coopérer avec des léchettes radiales 34 portées par l'arbre de rotor (non représenté) afin d'éviter une possible recïrculation des gaz sous la virole interne 22.
Dans l'exemple illustré sur la figure 1, la virole externe 24 du secteur de redresseur 18 est réalisée en une seule pièce et se compose d'une languette radiale interne 36 à laquelle sont reliées les extrémités radiales externes des pales 26, et d'une languette radiale externe 38 coaxiale à ladite languette radiale interne 36, lesquelles languettes sont reliées entre elles par une portion médiane 40.
Toujours dans l'exemple illustré, la portion médiane 40 est située à l'extrémité amont de la virole externe 24, de sorte que les extrémités amont des languettes radiales interne 36 et externe 38 lui sont directement rattachées. Une cavité 42, débouchant sur l'extrémité aval de la virole externe 36, est ainsi délimitée par les languettes radiales interne 36 et externe 38 (qui forment les parois de la cavité) et la portion médiane 40 (qui constitue le fond de la cavité).
A chacune de ses extrémités axiales, la virole externe 24 comporte des moyens de montage du secteur de redresseur 18 sur le carter 20 de la turbomachine. Sur la figure 1, ces moyens de montage comprennent une patte de montage amont 44 sous la forme d'une portion de cylindre s'étendant vers l'amont depuis la portion médiane 40, et une patte de montage aval 46 en forme de portion de cylindre formée à l'extrémité de la languette radiale externe. Chacune de ces pattes de montage 44, 46 s'étend en direction axiale et est destinée à coopérer avec une gorge correspondante 52, 54 du carter 20.
Selon l'invention, la cavité 42 de la virole externe 24 est destinée à recevoir un élément rapporté formant butée (ci-après « élément de butée »).
Dans l'exemple illustré sur la figure 1, l'élément de butée est une portion d'anneau 607 s'étendant circonférentiellement sur une partie seulement ou sur l'ensemble du secteur angulaire de redresseur. Comme il apparaît sur la figure 1, la portion d'anneau 607 présente, dans un plan axial, une forme oblongue.
Son montage sur le secteur angulaire de redresseur est par exemple effectué par glissement tangentiel entre deux portions de gorges annulaires 96, 98 formées en regard l'une de l'autre dans un plan radial, respectivement sur la languette radiale interne et sur la languette radiale externe de la virole externe.
Chaque portion de gorge annulaire présente, dans un plan axial, un profil complémentaire de celui de l'une des extrémités radiales de la portion d'anneau 607. Ce montage assure le maintien en position de la portion d'anneau 607, dans la direction axiale, à l'intérieur de la cavité 42. Avantageusement, les portions de gorges annulaires 96, 98 peuvent être recouvertes d'une protection contre l'usure due aux frottements et aux chocs avec l'élément de butée 607, par exemple un lubrifiant, un verni ou encore un dépôt de carbure.
L'élément de butée 607 est un élément rigide. Dans l'exemple, il est en contact sans effort avec la languette radiale interne 36 et la languette radiale externe 38. Selon d'autres exemples de réalisation, un faible jeu peut être prévu entre l'élément de butée et la languette radiale interne et/ou entre l'élément de butée et la languette radiale externe. Selon encore un autre exemple de réalisation, l'élément de butée peut être légèrement serré radialement entre la languette radiale interne et la languette radiale externe.
L'encastrement entre l'élément de butée et la languette radiale interne n'étant pas totalement rigide, celle-ci peut décoller radialement, en cas de sollicitations vibratoires. Ses micro-déplacements entraînent une succession de pertes et de reprises du contact avec l'élément de butée, qui modifient la fréquence du mode vibratoire et l'empêchent d'entrer en résonance.
Plus les déplacements de la languette radiale interne sont importants, plus l'effet d'amortissement est amélioré. Par ailleurs, un jeu (prévu à la fabrication ou du à une usure éventuelle) entre la virole externe et l'élément de butée est plus facilement comblé lorsque les déplacements de la languette radiale interne sont importants.
On notera que les déplacements radiaux de la languette radiale interne 36 sont favorisés par la faible épaisseur de cette languette et/ou par la présence de saignées (non représentées) dans la virole externe, entre les différentes pales du secteur de redresseur. Ces saignées favorisent en effet le basculement de la languette radiale interne en empêchant la reprise des moments fléchissants. L'élément de butée 607, qui forme une entretoise rigide entre les languettes radiales interne et externe, permet donc de contrarier le mode vibratoire de la pale 26. Il procure une capacité d'amortissement qui limite les déplacements maximum des pales dans la direction radiale et donc les contraintes mécaniques auxquelles celles-ci sont soumises en fonctionnement.
La figure 2 illustre un autre exemple de réalisation dans lequel l'élément de butée est une portion d'anneau 608 sensiblement identique à celle décrite en liaison avec la figure 1, mais dont l'extrémité radiale externe comporte une surface plane 100 apte à venir en appui sur la face interne de la languette radiale externe 38 et à y être fixée par une liaison b rasée (schématisée par le cordon de brasure 104). L'extrémité radiale interne est, elle, maintenue à l'intérieur d'une portion de gorge annulaire 96 de forme correspondante formée dans la languette radiale interne 36.
Comme il ressort de la figure 2, un épaulement 102 formé dans la languette radiale externe permet le bon positionnement axial de la portion d'anneau 608 avant l'étape de brasage, par le fait que l'extrémité radiale externe de la portion d'anneau 608 vient en appui contre l'épaulement 102.
Le maintien en position de la portion d'anneau à l'intérieur de la cavité 42 de la virole externe 24 est obtenu ici par la liaison brasée. Une telle liaison permet d'éviter l'utilisation d'un taquet de rétention tangentiel ou axial pour maintenir en position l'élément de butée. L'opération de brasage peut être réalisée concomitamment à celle généralement effectuée sur le revêtement abradable 32 de la virole interne 22. De plus, au moment de l'opération de brasage, l'élément de butée est plaqué contre la languette de la virole externe 24 avec laquelle il doit interagir. La pression de contact peut notamment être ajustée par mise en contrainte de l'élément de butée au moment du brasage. Les tolérances de fabrication peuvent donc être élargies. Enfin, la virole externe se trouve rigidifiée grâce à la liaison brasée, ce qui permet une transmission d'une partie des efforts provenant des pales 26 vers le carter, et ceci, soit en fonctionnement normal et exceptionnel (pompage, etc.), soit uniquement en cas de fonctionnement exceptionnel.
Le fonctionnement de l'élément de butée 608 est, pour le reste, identique à celui décrit en liaison avec l'élément 607 de la figure 1. La figure 3 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel l'élément de butée est une portion d'anneau 609 présentant une section axiale en T, constituée d'une base en portion de cylindre 106 située en regard de la face externe de la languette radiale interne 36, et d'une portion médiane 108, s'étendant radialement vers l'extérieur approximativement depuis le milieu de la base en portion de cylindre 106, jusqu'à la languette radiale externe 38. Dans l'exemple, l'extrémité radiale externe de la portion médiane 108 est reliée par brasage à la languette radiale externe 38.
Comme dans le mode de réalisation de la figure 2, un épaulement
102 formé dans la languette radiale externe 38 permet le bon positionnement axial de la portion d'anneau 609 avant l'étape de brasage.
Dans l'exemple de la figure 3, un embrèvement 110 est prévu sur la face interne de la base 106, de manière à améliorer la localisation des contacts entre l'élément de butée 609 et la virole externe 24. Le fonctionnement de l'élément de butée 609 est, pour le reste, identique à celui décrit en liaison avec l'élément 607 de la figure 1.
Selon une variante illustrée sur la figure 4, la face interne de la base en portion de cylindre 106 peut être dépourvue d'embrèvement. Cette configuration est particulièrement adaptée au cas où, dans un but d'optimisation de la masse, des ouvertures ont été ménagées dans la languette radiale externe 38 de la virole externe 24, ces ouvertures débouchant vers la cavité morte de la turbomachine (i.e. la zone de la turbomachine dans laquelle les gaz ne circulent pas). La configuration de l'élément de butée 609 telle que représentée sur la figure 4 améliore l'étanchéité en direction de la cavité morte, mais également du côté libre de la virole externe, permettant ainsi d'éviter les phénomènes de recirculation.
Dans l'ensemble des exemples représentés et décrits précédemment, les bords de fuite 30 des pales 26 sont rattachés à l'extrémité distale de la languette radiale interne 36 (ici son extrémité aval, qui est éloignée de la portion médiane, plus rigide). Les bords de fuite 30 sont donc rattachés à une partie de la virole externe 24 qui est moins rigide que celle à laquelle sont reliés les bords d'attaque 28 des pales. Cette configuration est particulièrement adaptée au cas où les bords de fuite 30 des pales 26 sont soumis, en fonctionnement, à des déplacements radiaux plus importants que ceux auxquels sont soumis les bords d'attaque 28.
On pourrait envisager, au contraire, que la virole externe 24 comporte une portion médiane à son extrémité aval et une cavité débouchant vers son extrémité amont. Dans ce cas, les bords d'attaque 28 des pales 26 sont rattachés à une partie de la virole externe 24 (l'extrémité distale de la languette radiale interne 36) moins rigide que celle (l'extrémité de la languette radiale interne raccordées à la portion médiane 40) à laquelle sont raccordés les bords de fuite 30 des pales 26. Cette configuration est particulièrement adaptée lorsque les bords d'attaque 28 des pales 26 sont soumis, en fonctionnement, à des déplacements radiaux plus importants que ceux auxquels sont soumis les bords de fuite 30.
On pourrait encore envisager que la portion médiane 40 soit située à distance des extrémités axiales de la virole externe 24, et de préférence sensiblement au centre de ladite virole 24, prise dans sa direction axiale.
Dans ce cas, la virole externe 24 comporte deux cavités, l'une amont, débouchant sur l'extrémité amont de la virole externe, et l'autre aval, débouchant sur son extrémité aval. Chaque languette radiale de la virole externe est alors composée de deux parties de languettes, l'une amont, l'autre aval, reliées entre elles par le biais de la portion médiane. La cavité amont est délimitée par une partie de languette radiale interne amont, une partie de virole radiale externe amont, et la portion médiane. De la même manière, la cavité aval est délimitée par une partie de languette radiale interne aval, une partie de languette radiale externe aval et la portion médiane.
On pourra envisager qu'un ou plusieurs éléments rapportés formant amortisseurs soient disposés dans l'une seulement des deux cavités. On pourra également envisager qu'au moins un élément amortisseur soit rapporté dans chacune des cavités de la virole externe.
Cette configuration est notamment adaptée dans le cas où tant les bords d'attaque 28 que les bords de fuite 30 des pales 26 sont soumis à des activités vibratoires importantes, de sorte que des modes vibratoires totalement découplés sont susceptibles d'entrer en résonance séparément au niveau de ces bords d'attaque et de fuite 28, 30. On notera que l'introduction d'un élément formant butée dans une cavité de la virole externe est d'autant plus aisée que la hauteur et la profondeur de cette cavité sont importantes.
Dans l'ensemble des exemples illustrés, les moyens de montage amont et aval 44, 46 du secteur de redresseur 18 sur 1e carter 20 de la turbomachine ont donc été décalés l'un par rapport à l'autre dans la direction radiale. De la figure 1, il ressort en particulier que la jonction entre la patte de montage aval 46 (i.e. la patte de montage portée par la languette radiale externe 38, et située du côté de la cavité 42) et la rainure correspondante 54 du carter a été relevée.
Cette disposition permet d'augmenter la hauteur (prise dans la direction radiale) de la virole externe, et donc de la cavité 42.
Dans le cas où la cavité est réalisée par usinage, cette disposition permet, en outre, d'augmenter la profondeur de la cavité 42. En raison des contraintes d'usinage (contraintes notamment liées à l'outillage particulier utilisé), en effet, la hauteur de la cavité 42 conditionne sa profondeur. Plus la hauteur de la cavité 42 est importante, plus la profondeur de la cavité peut être importante également et plus les déplacements radiaux exploités par l'amortisseur seront grands.

Claims

REVENDICATIONS
1. Secteur angulaire de redresseur (18) pour compresseur de turbomachine s'étendant autour d'un axe de symétrie radiale (A), comportant :
- une virole externe (24) et une virole interne (22) disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, et
- au moins une pale (26) s'étendant radialement entre les dites viroles (22, 24) et raccordée à celles-ci par ses extrémités radiales,
dans lequel la virole externe (24) comporte, à chaque extrémité axiale, des moyens de montage (44, 46) du secteur angulaire de redresseur (18) sur un carter (20) de la turbomachine,
caractérisé en ce que la virole externe (24) comporte, à au moins une extrémité axiale, une cavité (42) débouchant sur ladite extrémité axiale, ladite cavité (42) s'étendant entre une languette radiale interne (36) de la virole externe (24) à laquelle est raccordée l'extrémité radiale externe de la pale (26) et une languette radiale externe (38) de la virole externe (24) portant des moyens de montage (46) du secteur angulaire de redresseur (18) sur un carter (20) de la turbomachine,
en ce qu'au moins un élément rapporté (607, 608, 609) formant butée est logé au moins partiellement dans ladite cavité (42), ledit élément rapporté formant butée (607, 608, 609) étant apte à limiter les déplacements radiaux de la languette radiale interne par contact et ainsi à modifier le comportement vibratoire de ladite languette radiale interne (36).
2. Secteur angulaire de redresseur selon la revendication 1, dans lequel la virole externe (24) comporte une cavité amont débouchant sur l'extrémité amont de la virole externe et une cavité aval débouchant sur l'extrémité aval de la virole externe, au moins un élément rapporté formant butée (607, 608, 609) étant logé dans au moins une des dites cavités.
3. Secteur angulaire de redresseur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la virole externe (24) est formée en une seule pièce.
4. Secteur angulaire de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel il existe un jeu entre l'élément rapporté formant butée (607, 608, 609) et la languette radiale interne (36) et/ou entre l'élément rapporté formant butée et la languette radiale externe (38) de la virole externe (24).
5. Secteur angulaire de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'élément rapporté formant butée (607, 608, 609) est en contact sans effort avec la languette radiale interne (36) et/ou la languette radiale externe (38) de la virole externe (24).
6. Secteur angulaire de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'élément rapporté formant butée (607, 608, 609) est serré radialement contre la languette radiale interne (36) et/ou la languette radiale externe (38) de la virole externe (24).
7. Secteur angulaire de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel au moins l'une des extrémités radiales de l'élément rapporté formant butée coopère par complémentarité de forme avec la virole externe (24), ce par quoi ledit élément est maintenu en position dans la direction axiale.
8. Secteur angulaire de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel une extrémité radiale de l'élément rapporté formant butée (608, 609) est fixée sur la virole externe
(24) par une liaison brasée.
9. Secteur angulaire de redresseur selon la revendication 8, dans lequel ladite liaison brasée relie l'élément rapporté formant butée (608, 609) et la languette radiale externe (38) de la virole externe
(24).
10. Secteur angulaire de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'élément rapporté formant butée est une portion d'anneau (607) présentant une forme oblongue dans un plan axial, et les extrémités radiales interne et externe de ladite portion d'anneau (607) coopèrent respectivement avec une portion de gorge annulaire formée dans la languette radiale interne et une portion de gorge annulaire formée dans la languette radiale externe.
11. Secteur angulaire de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'élément rapporté formant butée est une portion d'anneau (608) dont l'une des extrémités radiales coopère avec une portion de gorge annulaire de forme correspondante prévue dans la virole externe (24), et l'autre extrémité radiale est reliée à la virole externe par une liaison brasée.
12. Secteur angulaire de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'élément rapporté formant butée est une portion d'anneau (609) comprenant une base en portion de cylindre (106) située en regard de la languette radiale interne (36), et une portion médiane (108) s'étendant radialement vers l'extérieur depuis ladite base (106) jusqu'à la languette radiale externe (38) de la virole externe (24).
13. Secteur angulaire de redresseur selon la revendication 12, dans lequel ladite base en portion de cylindre (106) comporte au moins un embrèvement (110) sur sa face radiale interne.
14. Redresseur de turbomachine formé d'un ou d'une pluralité de secteur angulaire de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
1 . Turbomachine comportant au moins un redresseur selon la revendication 13.
PCT/FR2011/051373 2010-06-18 2011-06-16 Secteur angulaire de redresseur pour compresseur de turbomachine, redresseur de turbomachine et turbomachine comprenant un tel secteur WO2011157957A1 (fr)

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