Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02860540 2014-07-03
WO 2013/107967
PCT/FR2013/050069
1
Titre de l'invention
Secteur angulaire de redresseur à amortissement de vibrations par coin
pour compresseur de turbomachine
Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général des
redresseurs pour compresseur ou turbine d'une turbomachine telle qu'un
turboréacteur, un turbopropulseur d'avion, une turbine à vapeur ou un
compresseur.
Elle vise plus précisément l'amortissement des modes de
vibrations auxquelles sont soumises en fonctionnement les pales d'un
redresseur.
Dans le cas d'un compresseur de turbomachine, celui-ci se
compose de plusieurs étages de compression formés chacun d'une rangée
annulaire d'aubes montées sur un arbre de rotor et d'un redresseur formé
d'une pluralité de pales montées radialement sur un carter annulaire
externe de la turbomachine.
Un redresseur de compresseur est généralement sectorisé,
c'est-à-dire qu'il est constitué de plusieurs secteurs angulaires mis bout à
bout autour de l'axe longitudinal du compresseur. Typiquement, chaque
secteur de redresseur comporte une virole interne et une virole externe
disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, et une ou plusieurs
pales s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à celles-ci par
leurs extrémités radiales. A chacune de leurs extrémités axiales, les viroles
externes des secteurs de redresseur comportent des moyens de montage
du secteur sur le carter externe de la turbomachine.
En fonctionnement, un secteur angulaire de redresseur est
soumis à de nombreuses sollicitations mécaniques, aussi bien statiques
que vibratoires. Ces sollicitations mécaniques sont essentiellement
supportées par les zones du bord d'attaque et du bord de fuite des pales
qui sont raccordées à la virole externe du secteur de redresseur. Comme
ces zones de raccordement sont particulièrement minces, un risque existe
que les contraintes mécaniques dues à ces sollicitations entraînent une
détérioration voire une destruction des bords d'attaque et de fuite des
pales.
CA 02860540 2014-07-03
WO 2013/107967
PCT/FR2013/050069
2
Pour éviter cet inconvénient, diverses solutions ont été
envisagées. On pourra citer à titre d'exemple les demandes de brevet FR
10/54849 et FR 10/54851 déposées le 18 juin 2010 qui prévoient de loger
un élément rapporté formant amortisseur ou butée dans une cavité
formée dans la virole externe du secteur angulaire de redresseur de façon
à diminuer les contraintes mécaniques auxquelles est soumise en
fonctionnement la pale. On connaît aussi le document FR 2,896,548 qui
décrit un ensemble de redresseurs dans lequel l'une des pattes de
montage est raccordée à la virole externe en une zone axialement
espacée de la zone de raccordement des bords d'attaque ou de fuite des
pales à la virole externe.
Bien qu'efficaces, ces solutions présentent le désavantage
d'engendrer une usure prématurée des pièces de contact pouvant faire
perdre à l'ensemble sa capacité d'amortissement.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels
inconvénients en proposant une solution d'amortissement des modes
vibratoires auxquelles est soumise la pale en fonctionnement qui soit
toujours efficace même en cas d'usure des pièces utilisées.
Ce but est atteint grâce à un secteur angulaire de redresseur
pour compresseur de turbomachine, comportant une virole interne, une
virole externe, au moins une pale s'étendant radialennent entre les viroles
et raccordées à celles-ci par ses extrémités radiales, un élément de carter
monté au moins en partie autour de l'une des viroles, ledit élément de
carter ayant une gorge ouverte en regard d'une extrémité axiale de la
virole correspondante, un élément rapporté formant coin interposé
radialement entre l'élément de carter et la virole correspondante, le coin
présentant une première surface destinée à venir en contact avec une
surface d'appui de l'extrémité axiale de la virole correspondante et une
seconde surface inclinée par rapport à la première surface et destinée à
venir en contact avec une surface inclinée correspondante de la gorge de
l'élément de carter, et des moyens pour exercer un effort axial sur le coin
de façon à maintenir sa première surface en contact avec la surface
d'appui et sa seconde surface en contact avec la surface inclinée de la
gorge de l'élément de carter.
CA 02860540 2014-07-03
WO 2013/107967
PCT/FR2013/050069
3
Par extrémité axiale de la virole, on entend ici le bord d'attaque
ou le bord de fuite de celle-ci.
Le coin du secteur de redresseur selon l'invention est interposé
entre l'élément de carter (partie fixe) et l'une des viroles (partie subissant
un mouvement dans une direction radiale à cause des sollicitations
mécaniques auxquelles le secteur de redresseur est soumis en
fonctionnement). Ce coin est par ailleurs soumis à une force axiale le
poussant contre la surface inclinée de la gorge du carter. Grâce à la
présence de cette surface inclinée, le coin peut être maintenu en
permanence en contact avec l'extrémité axiale (c'est-à-dire le bord de
fuite ou le bord d'attaque) de la virole (par sa première surface) et avec le
carter (par sa seconde surface). Il résulte de tels contacts un
amortissement des modes vibratoires auxquelles est soumise la pale en
fonctionnement. Par ailleurs, l'effort axial exercé sur le coin permet
d'assurer ces contacts même en cas d'usure des surfaces de contact du
coin.
De préférence, la première surface et la seconde surface du coin
forment un angle compris entre 20 et 45 . Un tel angle est suffisamment
élevé pour éviter un blocage du coin par pincement entre l'élément de
carter et la virole externe tout en restant suffisamment petit pour qu'un
effort axial limité conduise à obtenir les contacts recherchés.
La première surface et la seconde surface du coin forment un
angle qui peut être ouvert vers l'aval.
Les moyens pour exercer l'effort axial sur le coin peuvent
comprendre au moins un ressort en appui axial contre le coin. Dans ce
cas, ces moyens peuvent comprendre un ressort annulaire ondulé en
appui axial à la fois contre une face radiale de la gorge de l'élément de
carter et contre une gorge formée dans l'élément de coin.
Alternativement, ces moyens peuvent comprendre une pluralité de
ressorts hélicoïdaux logés chacun dans une cavité de l'élément de carter
et venant en appui axial contre une face radiale du coin.
L'invention concerne également un redresseur de turbomachine
comprenant une pluralité de secteurs de redresseur tels que définis
précédemment. L'invention concerne encore une turbomachine
comprenant au moins un tel redresseur.
4
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins
annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout
caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 est une vue partielle (la) et en coupe longitudinale
(lb) d'un compresseur de turbomachine comprenant des secteurs
angulaires de redresseur conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective et en éclaté du
redresseur de la figure 1; et
- la figure 3 montre une variante de réalisation d'un secteur
angulaire de redresseur selon l'invention.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 représente de façon très schématique et partielle un
étage de compresseur d'une turbomachine aéronautique. Cet étage se
compose d'un arbre de rotor 10 centré sur l'axe longitudinal 12 du
compresseur et portant une rangée annulaire formée d'une pluralité
d'aubes 14, et d'un redresseur 16 disposé en aval de la rangée d'aubes.
Le redresseur décrit dans cet exemple de réalisation est
sectorisé en douze secteurs angulaires 16 qui sont mis bout à bout
circonférentiellement autour de l'axe longitudinal 12 du compresseur (voir
figure 2). Bien entendu, l'invention s'applique également à un redresseur
formé de pièces de 360 .
Chaque secteur angulaire 16 de redresseur comprend une virole
interne 20 et une virole externe 22 disposées coaxialement l'une à
l'intérieur de l'autre, ainsi qu'une ou plusieurs pales 24.
Lorsque les secteurs de redresseur sont mis bout à bout
circonférentiellement, les viroles 20, 22 forment des couronnes et
délimitent radialement une veine annulaire d'écoulement pour les gaz
traversant le redresseur.
De façon connue, chaque pale 24 présente un profil
aérodynamique délimitées par une face intrados et une surface extrados
reliées entre elles par un bord d'attaque 24a et un bord de fuite 24b.
Chaque pale s'étend radialement entre les viroles 20, 22 et est raccordée
à celles-ci par ses extrémités radiales. L'ensemble comprenant la pale 24
CA 2860540 2019-03-04
CA 02860540 2014-07-03
WO 2013/107967
PCT/FR2013/050069
et les viroles 20, 22 peut être formé d'une seule pièce obtenue par
exemple de fonderie.
La virole interne 20 présente une forme de portion d'anneau.
Elle porte sur sa surface interne un revêtement abradable 26 destiné à
5 coopérer avec des léchettes radiales 28 portées par l'arbre de rotor 10
afin
d'éviter une possible recirculation des gaz sous la virole interne.
La virole externe 22 présente aussi une forme de portion
d'anneau. Elle porte sur sa surface externe une patte d'attache amont 30
et une patte d'attache aval 32 pour le montage du secteur de redresseur
sur un carter de redresseur.
A cet effet, la patte d'attache amont 30 fait saillie axialement
vers l'amont et vient s'engager dans une rainure 34 correspondante
pratiquée dans un élément de carter de redresseur 36 disposé autour de
la virole externe. Quant à la patte d'attache aval 32, elle fait saillie
axialement vers l'aval et délimite radialement avec la surface externe 22a
du bord de fuite de la virole externe une rainure 38 dans laquelle vient
s'engager une patte 40 d'un autre élément de carter de redresseur 36'. Il
est à noter que cet élément de carter 36' peut ne former qu'une seule et
même pièce avec l'élément de carter 36 cité ci-dessus. De plus, d'autres
modes de montage du secteur de redresseur sur le carter pourraient être
envisagés.
On décrira maintenant comment est réalisé l'amortissement des
modes vibratoires de la pale en fonctionnement conformément à
l'invention. Dans l'exemple décrit ici, l'amortissement s'effectuera par
l'intermédiaire du bord de fuite de la virole externe. Toutefois, cet
exemple n'est pas limitatif ; l'amortissement pouvant être réalisé au
niveau du bord d'attaque et/ou du bord de fuite de la virole externe et/ou
de la virole interne.
A cet effet, l'élément de carter 36' sur lequel est monté la patte
d'attache aval 32 est disposé au moins en partie autour de la virole
externe et présente une gorge 42 ouverte vers l'intérieur en regard du
bord de fuite de la virole externe.
Le secteur de redresseur comprend en outre un élément
rapporté formant coin 44 qui est positionné dans la gorge 42 de l'élément
de carter 36' de sorte à être interposé radialement entre l'élément de
carter et la virole externe.
CA 02860540 2014-07-03
WO 2013/107967
PCT/FR2013/050069
6
Le coin est une pièce rapportée ouverte (c'est-à-dire fendue) ou
de préférence composée de plusieurs secteurs angulaires formant
ensemble une couronne de 3600.
Le coin 44 présente une première surface 46 qui est destinée à
venir en contact avec la surface externe 22a du bord de fuite de la virole
externe (la surface externe 22a forme ainsi une surface d'appui) et une
seconde surface 48 qui est inclinée par rapport à la première surface et
qui est destinée à venir en contact avec une surface inclinée 50
correspondante de la gorge 42 de l'élément de carter 36'. La première
surface 46 et la seconde surface 48 du coin 44 forment ainsi un angle ci
qui peut être ouvert vers l'aval (cas des figures 1 à 3) ou vers l'amont.
Des moyens permettent d'exercer un effort axial sur le coin 44
de façon à maintenir sa première surface 46 en contact avec la surface
externe 22a du bord de fuite de la virole externe 22 et sa seconde surface
48 en contact avec la surface inclinée 50 de la gorge 42 de l'élément de
carter 36'.
Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, de tels moyens
comprennent un ressort annulaire ondulé 52 en appui axial à la fois contre
une face radiale 54 de la gorge 42 de l'élément de carter et contre une
gorge 56 formée dans le coin. Plus précisément, la gorge 56 du coin 44
débouche axialement vers l'amont en regard de la face radiale 54.
Ainsi, le ressort ondulé 52 exerce un effort axial sur le coin 44
dans la direction aval (sens de la flèche F sur la figure 1) de sorte à le
pousser contre la surface inclinée 50 de la gorge 42 du coin. Compte tenu
de la présence de l'angle ci ouvert vers l'aval entre les surfaces 46 et 48
du coin 44, cet effort permet, en présence de vibrations conduisant à des
déplacements relatifs de la virole externe du secteur de redresseur, à
assurer un contact permanent, d'une part entre la première surface 46 du
coin et la surface externe 22a du bord de fuite de la virole externe 22, et
d'autre part entre la seconde surface 48 du coin et la surface inclinée 50
de la gorge 42 de l'élément de carter 36'.
Dans la variante de réalisation de la figure 3, de tels moyens
comprennent une pluralité de ressorts à hélicoïdaux 58 logés chacun dans
une cavité 60 de l'élément de carter et venant en appui axial contre une
face radiale 62 du coin 44. Ces ressorts hélicoïdaux peuvent être
régulièrement espacés autour de l'axe longitudinal 12 du compresseur.
CA 02860540 2014-07-03
WO 2013/107967
PCT/FR2013/050069
7
Ainsi, les ressorts hélicoïdaux 58 exercent un effort axial sur le
coin 44 dans la direction aval (sens de la flèche F sur la figure 1) de sorte
à le pousser contre la surface inclinée 50 de la gorge 42 du coin. Il en
résulte un contact permanent, d'une part entre la première surface 46 du
coin et la surface externe 22a du bord de fuite de la virole externe 22, et
d'autre part entre la seconde surface 48 du coin et la surface inclinée 50
de la gorge 42 de l'élément de carter 36'
Bien entendu, d'autres moyens pour exercer un tel effort axial
sur le coin pourraient être envisagés. Par exemple, cet effort axial pourrait
être obtenu en créant une surpression dans l'enceinte à l'intérieur de la
gorge formée dans l'élément de carter.
Selon une disposition avantageuse, l'angle a formé entre les
surfaces 46 et 48 du coin 44 est compris entre 20 et 45 . Un tel angle est
suffisamment élevé pour éviter un blocage du coin par pincement entre
l'élément de carter et la virole externe tout en restant suffisamment petit
pour qu'un effort axial limité conduise à obtenir les contacts recherchés.
