GAS TURBINE ENGINE AXIAL STATOR COMPRESSOR

STATOR DE COMPRESSEUR AXIAL DE TURBINE A GAZ

Abrégé français

L'invention concerne un stator de compresseur axial de turbine à gaz
comportant une armature (2) annulaire externe rigide, des anneaux (4a, 4b, 4c)
axialement juxtaposés, disposés à l'intérieur de l'armature (2) et portant des
couronnes d'aubes fixes (5), ces anneaux étant constitués par des secteurs
circulaires (7) fixés à l'armature (2) et dont la paroi interne délimite
extérieurement le conduit aérodynamique du fluide gazeux comprimé, caractérisé
par le fait que les secteurs circulaires (7) sont des secteurs brasés
constitués d'un nid d'abeille (8) pris en sandwich entre une tôle intérieure
(10) délimitant le conduit aérodynamique et une tôle extérieure (9) et par le
fait que la liaison avec l'armature (2) est uniquement assurée par la tôle
extérieure (9).

Abrégé anglais

The invention concerns a gas turbine engine axial stator compressor comprising a rigid outer annular frame (2), axially juxtaposed rings (4a, 4b, 4c), arranged inside the frame (2) and bearing fixed blade rims (5), said rings consisting of circular sectors (7) fixed to the frame (2) and whereof the inner wall externally delimits the compressed gas fluid aerodynamic duct. The invention is characterised in that the circular sectors (7) are brazed sectors consisting of a cellular structure (8) sandwiched between an inner plate (10) defining the aerodynamic conduit and an outer plate (9) and the link with the frame (2) is solely provided by the outer plate (9).

Revendications

REVENDICATIONS
1. Stator de compresseur axial de turbine à gaz comportant une
armature (2) annulaire externe rigide, des anneaux (4a, 4b, 4c)
axialement juxtaposés, disposés à l'intérieur de l'armature (2) et
portant des couronnes d'aubes fixes (5), ces anneaux étant constitués
par des secteurs circulaires (7) fixés à l'armature (2) et dont la paroi
interne délimite extérieurement le conduit aérodynamique du fluide
gazeux comprimé, caractérisé par le fait que les secteurs circulaires
(7) sont des secteurs brasés constitués d'un nid d'abeille (8) pris en
sandwich entre une tôle intérieure (10) délimitant le conduit
aérodynamique et une tôle extérieure (9) et par le fait que la liaison
avec l'armature (2) est uniquement assurée par la tôle extérieure (9).
2. Stator de compresseur selon la revendication 1, caractérisé par
le fait que la tôle extérieure (9) est fixée à l'armature (2) par des
boulons (14).
3. Stator de compresseur selon la revendication 2, caractérisé par
le fait que chaque tôle extérieure (9) est fixée à l'armature (2) à son
extrémité aval (12) et à son extrémité amont (11) par une pluralité de
boulons (14).
4. Stator de compresseur selon la revendication 3, caractérisé par
le fait qu'un espace sépare la tôle extérieure (9) de l'armature (2) en
dehors de ses extrémités amont (11) et aval (12).
5. Stator de compresseur selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé par le fait que les aubes fixes (5) sont encastrées dans la
tôle intérieure (10) et dans la tôle extérieure (9).
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Description

CA 02433549 2003-06-30
WO 02/053918 PCT/FR02/00007
STATOR DE COMPRESSEUR AXIAL DE TURBINE A GAZ
L'invention concerne le domaine des compresseurs de turbine à
gaz et notamment de turboréacteurs.
Elle concerne plus précisément un stator de compresseur axial
comportant une armature annulaire externe rigide et des anneaux
axialement juxtaposés disposés radialement à l'intérieur de l'armature
et portant des couronnes d'aubes fixes qui s'étendent radialement vers
l'intérieur, ces anneaux étant constitués par des secteurs circulaires
fixés à l'armature par des moyens de fixation et délimitant
extérieurement le conduit aérodynamique des gaz comprimés.
En général, les secteurs circulaires comportent une paroi interne
délimitant le conduit aérodynamique, et des nervures radiales dirigées
vers l'extérieur et venant en appui contre l'armature annulaire externe,
ces nervures présentant des embases pour la fixation des secteurs sur
~ 5 l'armature au moyen de boulons. Les aubes fixes sont fixées dans un
orifice ménagé dans la paroi interne.
Dans un compresseur haute pression d'un turboréacteur, les gaz
comprimés ont une température élevée. Les parois internes des
secteurs circulaires sont directement en contact avec les gaz chauds et
2 o se dilatent, ce qui entraîne une augmentation des jeux entre le rotor et
le stator. Des transferts de chaleur par conduction se produisent entre
la paroi interne et l'armature annulaire par l'intermédiaire des nervures
et des boulons. L'augmentation de température de l'armature entraîne
une augmentation des déplacements qui impactent directement les
25 jeux entre rotor et stator. Pour y remédier on refroidit la structure en
prélevant un débit de gaz plus frais dans une région amont du
compresseur, ce qui est préjudiciable au rendement global de la
turbomachine.
Le premier but de l'invention est de proposer un stator de
3 o compresseur dans lequel les transferts de chaleur de la veine
aérodynamique vers l'armature sont fortement diminués.
Le deuxième but de l'invention est de proposer un stator de
compresseur dans lequel le comportement dynamique des secteurs est
amélioré.
3 5 L'invention atteint ces buts par le fait que les secteurs
circulaires sont des secteurs brasés constitués d'un nid d'abeille pris
en sandwich entre une tôle intérieure délimitant le conduit
aérodynamique et une tôle extérieure et par le fait que la liaison avec
l'armature est uniquement assurée par la tôle extérieure.
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Grâce à cette structure, la conduction est diminuée du fait que
la liaison entre la tôle intérieure chaude et la tôle extérieure est
assurée uniquement par le nid d'abeille qui limite les surfaces de
conduction et de contact entre l'intérieur chaud et l'extérieur froid. La
tôle extérieure est à une température nettement inférieure à celle de la
tôle intérieure. Il en est à fortiori ainsi pour l'armature annulaire
externe. Du fait que les secteurs brasés assurent une bonne étanchéité,
il y a en outre une limitation de la circulation d'air dans les cavités
situés entre la tôle extérieure et la tôle intérieure, ce qui entraîne une
diminution des pertes de chaleur par convection.
La quantité d'air à prélever en amont pour le refroidissement de
l'armature annulaire rigide peut être fortement diminuée par rapport à
l'état de la technique actuel.
Avantageusement la tôle extérieure est fixée à l'armature par
~ 5 des boulons. De préférence la tôle extérieure est fixée à l'armature à
son extrémité aval et à son extrémité amont par une pluralité de
boulons.
Cette fixation rigide permet d'améliorer le comportement
dynamique des secteurs tout en laissant libre la dilatation de la tôle
2 o intérieure. Il s'ensuit une diminution des fuites entre l'amont et l'aval,
ce qui améliore le rendement du compresseur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les aubes fixes
sont encastrées à la fois dans la tôle intérieure et dans la tôle
extérieure.
2 5 Ces deux tôles sont rigidement liées par le nid d'abeille brasé et
suffisamment éloignées l'une de l'autre pour limiter les efforts dus à
l'encastrement et améliorer l'amortissement des aubages.
Les secteurs en nid d'abeille permettent de diminuer les fuites
parasites entre l'aval et l'amont, ce qui améliore le rendement du
3 o compresseur.
En outre, la technologie est simplifiée, car il n'est plus
nécessaire d'installer des éléments d'étanchéité supplémentaires entre
les cavités et entre les secteurs.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront
35 à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en
référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 est une coupe selon un plan contenant l'axe de
rotation, d'un stator de compresseur de turboréacteur selon
l'invention ; et
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la figure 2 est une vue en perspective d'un secteur circulaire de
stator selon l'invention.
La figure 1 montre une partie de stator de compresseur de
turboréacteur qui comporte à l'intérieur d'un carter extérieur
délimitant intérieurement une veine de flux froid, une structure
annulaire rigide 2 reliée au carter extérieur par des parois
tronconiques 3, et une pluralité d'anneaux 4a, 4b, 4c juxtaposés
axialement et disposés concentriquement à l'intérieur de la structure
annulaire 2. Chaque anneau porte une couronne d'aubes fixes 5 qui
s'étendent radialement vers l'intérieur. Une jante de rotor, non
montrée sur les dessins, et comportant des couronnes d'aubes mobiles
est disposée coaxialement à l'intérieur des anneaux 4a, 4b, 4c, les
couronnes d'aubes mobiles alternant axialement avec les couronnes
d'aubes fixes dans la veine 6 de gaz comprimé par le compresseur.
~ 5 Afin de permettre le montage du stator autour du rotor, chaque
anneau est constitué par une pluralité de secteurs circulaires 7
juxtaposés circonférentiellement.
Selon l'invention, ainsi que cela est visible sur les figures 1 et 2,
chaque sectéur circulaire 7 est constitué d'un nid d'abeille 8 pris en
2 o sandwich entre une tôle extérieure 9 et une tôle intérieure 10. La tôle
extérieure 9 présente à ses extrémités amont 11 et aval 12, une
pluralité d'orifices 13, permettant sa fixation au moyen de boulons 14
sur la structure annulaire fixe 2.
Il est à noter que les mêmes boulons 14 fixent ensemble
2 s l'extrémité amont 11 et l'extrémité aval 12 de deux secteurs 7
juxtaposés axialement. Cette disposition particulière assure
l'étanchéité entre les anneaux juxtaposés 4a, 4b, 4c au droit des tôles
extérieures 9.
Ainsi que cela se voit sur les dessins, les extrémités amont 11 et
3 o aval 12 de la tôle extérieure 9 sont renflées vers l'extérieur afin que la
tôle extérieure 9 et l'armature annulaire rigide 2 ne soient en contact
qu'au niveau des extrémités amont 11 et aval 12 de la tôle extérieure
9, afin de diminuer autant que faire se peut les transferts de chaleur
par conduction entre la tôle extérieure 9 et l'armature annulaire 2.
3 5 Le nid d'abeille 8, la tôle extérieure 9 et la tôle intérieure 10
sont reliés entre eux par brassage. La section des parois constituant le
nid d'abeille 8 est faible afin de diminuer le transfert par conduction à
travers le nid d'abeille 8 entre la paroi intérieure 10 et la paroi
extérieure 9. En outre, les parois constituant le nid d'abeille 8
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définissent avec les tôles extérieure 9 et intérieure 10 une pluralité de
cavités quasi étanches, qui limitent la circulation d'air à travers le nid
d'abeille de l'aval vers l'amont, et par le fait même le transfert de
chaleur par convection entre la tôle intérieure 10 et la tôle extérieure
9. La tôle intérieure 10 délimite extérieurement la veine 6 de flux
gazeux chaud comprimé par le compresseur. Ces gaz sont à une
température élevée et la paroi intérieure 10 est également à une
température élevée.
Grâce à la présence du nid d'abeille 8 et de l'espace séparant la
tôle extérieure 9 dé l'armature annulaire 2 en dehors de ses extrémités
amont 11 et aval 12, le transfert de chaleur par conduction entre la
tôle intérieure 10 et la tôle extérieure 9, d'une part, et entre la tôle
extérieure 9 et l'armature annulaire 2 est fortement diminué.
La tôle intérieure 10 peut ainsi se dilater librement sans nuire
~ 5 au comportement dynamique des secteurs 7. Il est à noter que les
extrémités amont et aval des tôles intérieures 10 de secteurs adjacents
sont simplement jointives, afin de former la paroi extérieure du
conduit aérodynamique de la veine 6 de flux gazeux chaud. Ceci
simplifie la technologie, car il n'est pas nécessaire de placer des
2 o éléments d'étanchéité dans ces zones, l'étanchéité des anneaux 7 étant
assurée par le nid d'abeille 8 et le recouvrement des extrémités amont
11 et aval 12 des tôles extérieures 9.
Ainsi que cela se voit sur la figure 2, les extrémités extérieures
des aubes fixes 5 sont encastrées dans des ,orifices appropriés
2 5 ménagés dans les tôles extérieure 9 et intérieure 10 et dans le nid
d'abeille 8. Les tôles extérieure 9 et intérieure 10 sont liées rigidement
par le nid d'abeille 8 et sont suffisamment éloignées l'une de l'autre
pour limiter les efforts dus à l'encastrement et améliorer
l'amortissement des aubes fixes 5.
3 o Des orifices alignés 15, 16, 17 peuvent être ménagés
respectivement dans la tôle intérieure pour réaliser un prélèvement
d'un flux d'air F1 pour le refroidissement des aubes de turbine par
exemple.
Les extrémités internes des aubes fixes 5 d'un secteur circulaire
3 5 7 sont fixées de manière connue sur une virole 18.
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Dessin représentatif