FR2967730A1

FR2967730A1 - Etage de compresseur dans une turbomachine

Info

Publication number: FR2967730A1
Application number: FR1059696A
Authority: FR
Inventors: Jean Louis Bertrand; Philippe Francois Jacques Pacchioni; Bernard Andre Guislain Wartel
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-05-25
Anticipated expiration: 2030-11-24
Also published as: FR2967730B1

Abstract

Etage de compresseur dans une turbomachine, comprenant un redresseur sectorisé monté à l'intérieur d'un carter sectorisé (78) et comprenant une plate-forme annulaire externe (20) dont les rebords annulaires amont et aval sont engagés dans des gorges annulaires du carter. Au moins deux secteurs annulaires de tôle (58) sont montés autour de la plate-forme externe (20) et s'étendent circonférentiellement bout à bout sur 360°, leurs extrémités circonférentielles se recouvrant à étanchéité et leurs bords annulaires amont et aval recouvrant les rebords annulaires amont et aval de la plate-forme (20) du redresseur et étant serrés radialement par ces rebords amont et aval dans les gorges annulaires du carter.

Description

ETAGE DE COMPRESSEUR DANS UNE TURBOMACHINE

La présente invention concerne un étage de compresseur, en particulier dans une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Un étage de compresseur comprend de façon générale un redresseur sectorisé formé d'une rangée annulaire d'aubes fixes s'étendant radialement entre une plate-forme annulaire interne et une plate-forme annulaire externe, et une roue de rotor montée en amont du redresseur et tournant à l'intérieur d'un anneau accroché au carter. La plate-forme annulaire externe comprend deux rebords annulaires amont et aval engagés dans des gorges annulaires formées dans des pattes annulaires du carter. En fonctionnement, le flux d'air est compressé par une roue mobile puis redressé par une rangée d'aubes fixes aval. Une partie de l'air circulant dans le compresseur est prélevée pour alimenter des équipements spécifiques et circule à l'extérieur de la plate-forme annulaire externe. Avec ce type de configuration des fuites d'air existent à la jonction des extrémités circonférentielles des plates-formes externes des secteurs de redresseurs. Des fuites d'air existent également au niveau des zones de raccordement entre les extrémités circonférentielles en vis-à-vis des secteurs de carter, encore appelées plans de joint du carter. Enfin, de l'air peut également circuler dans les gorges annulaires recevant les rebords annulaires de la plate-forme externe du redresseur. Ces fuites d'air peuvent consister en air s'échappant de la veine d'air comprimé à la jonction entre les secteurs de carter, c'est-à-dire au niveau du plan de joint,ou bien en des réintroductions d'air dans la veine depuis l'extérieur de la plate-forme externe.

Pour limiter les fuites d'air au niveau des gorges annulaires du carter, il est connu de monter avec une précontrainte des secteurs de tôle à section en U sur les rebords annulaires amont et aval de chaque secteur de redresseur et dans les gorges annulaires des secteurs de carter. Ces secteurs de tôle ont la même étendue angulaire que les secteurs de redresseurs.

Toutefois, avec cette technique connue, les fuites entre les secteurs de redresseurs et entre les secteurs de carter sont toujours présentes. Il s'ensuit une diminution des performances du compresseur et par suite de la turbomachine. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 10 efficace et économique aux problèmes précités. A cette fin, elle propose un étage de compresseur, en particulier dans une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant un redresseur sectorisé monté à l'intérieur d'un carter sectorisé, le redresseur comprenant des aubes reliées à une plate-forme 15 annulaire externe ayant des rebords annulaires amont et aval engagés dans des gorges annulaires du carter, caractérisé en ce qu'au moins deux secteurs annulaires de tôle sont montés dans une cavité annulaire du carter autour de la plate-forme externe du redresseur et s'étendent circonférentiellement bout à bout sur 360°, ces secteurs de tôle ayant des 20 extrémités circonférentielles qui se recouvrent à étanchéité et des bords annulaires amont et aval qui recouvrent les rebords annulaires amont et aval de la plate-forme du redresseur et qui sont serrés radialement par ces rebords amont et aval dans les gorges annulaires du carter. Ainsi, selon l'invention, les secteurs de tôles qui sont montés autour 25 de la plate-forme externe du redresseur et qui coopèrent à étanchéité par recouvrement de leurs extrémités circonférentielles, évitent les fuites entre les secteurs de redresseurs et également les fuites entre les secteurs de carter. Le serrage radial des bords amont et aval des secteurs de tôle sur les rebords annulaires amont et aval de la plate-forme du redresseur dans 30 les gorges annulaires du carter, évite toute fuite d'air par les gorges annulaires du carter.

Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque secteur de tôle comprend à ses extrémités un rebord en L s'étendant radialement vers l'extérieur, les rebords en L d'un secteur de tôle étant engagés circonférentiellement et précontraints radialement sur les rebords en L d'un secteur de tôle adjacent. Les rebords en L d'un secteur de tôle ont des parties annulaires reliées par des parties radiales au secteur de tôle et les parties annulaires des rebords de ce secteur de tôle sont orientées dans le même sens circonférentiel, de manière à ce qu'une partie annulaire d'un rebord en L d'un secteur de tôle soit engagée sur une partie annulaire d'un rebord en L d'un secteur de tôle adjacent et que la partie annulaire de son autre rebord en L soit recouverte par une partie annulaire d'un rebord en L d'un autre secteur de tôle adjacent. Selon une autre caractéristique de l'invention, des pièces d'étanchéité sont montées entre les extrémités circonférentielles des secteurs de carter et forment des butées circonférentielles sur lesquelles s'appuient les extrémités circonférentielles des secteurs de tôle. De cette manière, les secteurs de tôle sont maintenus fixes en rotation par rapport au carter.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les bords annulaires amont et aval des secteurs de tôle ont des sections en U ouvertes l'une vers l'autre et sont engagés dans les gorges annulaires du carter et sur les rebords annulaires de la plate forme du redresseur. Préférentiellement, les parties repliées vers l'intérieur des bords annulaires des secteurs de tôle comprennent des renflements orientés vers l'extérieur et venant en appui radial sur une face cylindrique interne des rebords annulaires de la plate-forme du redresseur de manière à serrer les rebords de la plate-forme et les parties correspondantes des rebords annulaires des secteurs de tôle sur des faces cylindriques extérieures des gorges annulaires du carter. Ce serrage assure un bon contact annulaire des rebords annulaires de la plate-forme sur les faces cylindriques extérieures des gorges annulaires du carter et permet ainsi de garantir une bonne étanchéité au niveau des rebords annulaires de la plate-forme du redresseur. Dans une réalisation particulière de l'invention, l'étage de 5 compresseur comprend deux secteurs de tôle et deux secteurs de carter s'étendant chacun angulairement sur 180°. L'invention concerne également un turboréacteur comprenant au moins un étage de compresseur haute-pression tel que décrit précédemment. 10 L'invention concerne encore une tôle annulaire d'étanchéité pour un étage de compresseur du type décrit ci-dessus, caractérisée en ce que ses bords annulaires sont pliés en U l'un vers l'autre et en ce qu'elle comprend des rebords en L s'étendant radialement vers l'extérieur à ses extrémités circonférentielles. 15 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un compresseur de turbomachine selon la technique antérieure ; 20 la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle de la zone délimitée en pointillés sur la figure 1 ; la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une tôle anti-usure visible en coupe sur la figure 2 ; la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un 25 redresseur de compresseur selon l'invention ; la figure 5 est une vue schématique en perspective de la zone de recouvrement entre deux secteurs de tôle du redresseur de la figure 4 ; la figure 6 est une vue schématique en coupe axiale d'un secteur de tôle selon l'invention ; 30 les figures 7 et 8 sont des vues schématiques en perspective montrant une pièce anti-rotation intercalée entre les extrémités circonférentielles de deux secteurs de tôles selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une partie d'un compresseur 10 de turbomachine comprenant plusieurs étages de compression montés dans un carter 11. Chaque étage comprend une roue portant une rangée annulaire d'aubes mobiles 12 et un redresseur aval comportant d'une rangée annulaire d'aubes fixes 14. Les roues des étages de compression sont formées par des disques 16 reliés au rotor du compresseur 10 de la turbomachine. Les aubes fixes 14 de chaque redresseur s'étendent radialement entre une plate-forme interne 18 et une plate-forme externe 20. Les plates-formes internes 18 des redresseurs portent sur leur surface interne un matériau abradable 22 coopérant avec des léchettes 24 portés par le rotor du compresseur. La plate-forme externe 20 de chaque redresseur comprend un rebord annulaire amont 26 engagé dans une gorge annulaire 28 tournée vers l'aval formée dans une patte annulaire radiale 30 du carter 11. La plate-forme externe 20 comprend un rebord annulaire aval 32 engagé dans une gorge annulaire 34 tournée vers l'amont d'une seconde patte annulaire radiale 36 du carter 11. La patte annulaire aval 36 comprend des orifices 38 communiquant avec la veine d'air comprimé et débouchant dans une cavité annulaire 40 du carter, délimitée à l'amont et à l'aval par les pattes annulaires amont 30 et aval 36, respectivement, et intérieurement par la plate-forme externe 20 du redresseur. L'air sous pression prélevé par les orifices 38 sert à l'alimentation de différents équipements de la turbomachine.

Pour faciliter le montage du redresseur à l'intérieur du carter 11, le redresseur et le carter 11 sont sectorisés. Le nombre de secteurs de redresseur est plus important que le nombre de secteurs de carter de manière à, dans un premier temps, engager par coulissement circonférentiel les secteurs de redresseur dans un secteur de carter, puis dans un second temps, à assembler entre eux les secteurs de carter portant les secteurs de redresseurs.

Pour réaliser un détrompage au montage des secteurs de redresseur dans les secteurs de carter, les rebords annulaires amont 26 et aval 32 de la plate-forme externe de chaque secteur de redresseur sont décalés radialement l'un par rapport à l'autre, les gorges annulaires amont et aval des secteurs de carter présentant le même décalage radial. Une tôle mince anti-usure 42 à section en U est montée sur chacun des rebords annulaires amont 26 et aval 32 de chaque redresseur (figure 2). Chaque tôle mince 42 comporte deux branches interne 44 et externe 46 (figures 2 et 3). La branche interne 44 comporte des renflements 48 orientés vers l'intérieur du U et des parties en saillie latérale 50 ou oreilles de préhension sont formées dans le prolongement de la branche externe 46. Ces oreilles de préhension 50 permettent un démontage simple et rapide des tôles 42 dans les gorges annulaires 28, 34 des secteurs de carter en utilisant par exemple une pince plate venant en prise sur les oreilles. Comme représenté en figure 2 pour ce qui concerne le rebord annulaire aval 32 d'un secteur de redresseur, les renflements 48 de la branche interne 44 sont en appui radial sur la face cylindrique interne 52 du rebord aval 44 du secteur de redresseur, ce qui permet de serrer la branche externe 46 de la tôle 42 entre la face cylindrique externe 54 du rebord annulaire aval 32 du redresseur et la face cylindrique extérieure 56 de la gorge annulaire aval 34 du carter. De manière similaire à ce qui a été décrit en référence au rebord aval 32, une tôle 42 identique est engagée sur le rebord amont 26 du redresseur et dans la gorge amont 28 du carter.

Ces tôles 42 assurent ainsi un bon maintien en fonctionnement des secteurs de redresseur dans les gorges annulaires 28, 34 du carter 11 et évitent également une circulation d'air parasite dans les gorges annulaires 28, 34. Toutefois, de l'air peut circuler depuis la veine d'air comprimé vers l'extérieur mais également depuis la cavité annulaire 40 entourant la plate-forme externe 20 vers l'intérieur du compresseur. Cet air circule au niveau des jonctions entre les secteurs de redresseurs et entre les secteurs de carter. Enfin, cette technologie impose la manipulation d'un nombre important de pièces puisque puisqu'il faut deux tôles 42 anti-usure par secteur de redresseur.

Selon l'invention, des secteurs de tôle 58 sont montés bout à bout sur 360° dans la cavité annulaire 40 autour du redresseur, en coopérant à étanchéité à leurs extrémités circonférentielles et en recouvrant les rebords annulaires amont 26 et aval 32 du redresseur. Chaque secteur de tôle 58 entoure plusieurs secteurs de redresseur 60, ce qui empêche les fuites entre les secteurs de redresseur 60. Chaque secteur de tôle annulaire 58 comprend à ses extrémités circonférentielles deux rebords 62, 64 à section en L comportant chacun une partie annulaire 66, 68 reliée au secteur de tôle 58 par une partie radiale 70 s'étendant radialement vers l'extérieur. Les deux parties annulaires 66, 68 des rebords d'un secteur de tôle 58 sont orientées dans une même direction circonférentielle de sorte que la partie annulaire 68 du rebord 64 s'étend dans le prolongement du secteur de tôle 58 et que la partie annulaire 66 du rebord 62 s'étend en vis-à-vis radial de l'extrémité circonférentielle du secteur de tôle 58. Avec cette configuration, la partie annulaire 68 du rebord 64 vient recouvrir et contraindre radialement la partie annulaire 66 du rebord 62 d'un secteur de tôle adjacent de manière à assurer une étanchéité entre les extrémités circonférentielles des secteurs de tôle 58. Les bords annulaires amont 72 et aval 74 de chaque secteur de tôle 58 ont des sections en U repliées l'une vers l'autre. Le bord annulaire aval 74 est décalé radialement vers l'extérieur par rapport au bord annulaire amont 72 pour assurer le détrompage du montage dans les gorges d'un secteur de carter 78 (figures 4 et 6). Une pièce anti-rotation 76 est montée entre les extrémités circonférentielles de deux secteurs de tôle 58 à la jonction entre deux secteurs de carter 78. Chaque pièce anti-rotation 76 comprend une partie médiane 80 raccordée à deux doigts 82 s'étendant vers l'amont et à deux doigts 84 s'étendant vers l'aval. Les doigts amont 82 et aval 84 sont espacés radialement les uns vers les autres. Les extrémités amont des doigts amont 82 et les extrémités aval des doigts aval 84 sont montées dans des renfoncements ou logements 86 formés aux débouchés circonférentiels des gorges annulaires amont et aval d'un secteur de carter 78. Avec un tel montage, les secteurs de tôle 58 sont bloqués en rotation par leurs extrémités circonférentielles ainsi que par les parois radiales 70 des rebords en L qui viennent en butée circonférentielle sur la pièce anti-rotation 76. Les secteurs de tôle 58 selon l'invention peuvent comprendre des renflements en saillie de manière similaire à la technique antérieure, de manière à réaliser un serrage des secteurs de tôle 58 entre les faces cylindriques externes des rebords annulaires du redresseur et les faces extérieures des gorges annulaires. A la différence de la technique antérieure, l'étanchéité dans les gorges annulaires amont et aval est réalisée simultanément par une seule et même pièce 58 qui est serrée à son extrémité amont sur le rebord annulaire amont dans la gorge amont et à son extrémité aval dans la gorge aval sur le rebord annulaire aval. Les circulations d'air entre les secteurs de redresseur et entre les secteurs de carter au niveau des plans de joint du carter sont empêchées par la réalisation d'une étanchéité par recouvrement des extrémités circonférentielles des secteurs de tôle. Dans une réalisation particulière de l'invention, le redresseur 25 comprend deux secteurs de tôle 58 et deux secteurs de carter 78 s'étendant chacun angulairement sur 180°. Le montage du redresseur selon l'invention est réalisé de la manière suivante. Un premier secteur de tôle 58 est monté dans un premier secteur de carter 78 par coulissement circonférentiel de ses rebords amont et aval 30 dans les gorges amont et aval des pattes du secteur de carter 78. Puis, les rebords amont et aval des secteurs de redresseur 60 sont engagés circonférentiellement dans les parties repliées 72, 74 du secteur de tôle 58. Une pièce anti-rotation 76 est montée dans les logements des pattes du secteur de carter 78. Enfin, un second secteur de carter 78 comportant un secteur de tôle 58 et des secteurs de redresseurs 60 est assemblé au premier secteur de carter 78. Dans la réalisation de l'invention représentée aux dessins, l'étage de compresseur comprend deux secteurs de tôle d'étanchéité 58 et deux secteurs de carter 78. Toutefois, on comprend qu'il pourrait y avoir un nombre plus important de secteurs de tôle, par exemple quatre dans le cas où le carter est formé de quatre secteurs.

Claims

REVENDICATIONS1. Etage de compresseur, en particulier dans une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant un redresseur sectorisé monté à l'intérieur d'un carter sectorisé (78), le redresseur comprenant des aubes (14) reliées à une plate-forme annulaire externe (20) dont les rebords annulaires amont (26) et aval (32) sont engagés dans des gorges annulaires (28, 34) du carter, caractérisé en ce qu'au moins deux secteurs annulaires de tôle (58) sont montés dans une cavité annulaire (40) du carter autour de la plate-forme externe (20) du redresseur et s'étendent circonférentiellement bout à bout sur 360°, ces secteurs de tôle (58) ayant des extrémités circonférentielles qui se recouvrent à étanchéité, les bords annulaires amont et aval de chaque secteur de tôle (58) recouvrant les rebords annulaires amont (26) et aval (32) de la plate-forme (20) du redresseur et étant serrés radialement par les rebords amont (26) et aval (32) de la plate-forme (20) dans les gorges annulaires du carter.
2. Etage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque secteur de tôle (58) comprend à ses extrémités circonférentielles un rebord en L (62, 64) s'étendant radialement vers l'extérieur, les rebords en L d'un secteur de tôle (58) étant engagés circonférentiellement et précontraints radialement sur les rebords en L des secteurs de tôle adjacents.
3. Etage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rebords en L (62, 64) d'un secteur de tôle (58) comprennent des parties annulaires (66, 68) reliées par des parties radiales (70) au secteur de tôle (58), les parties annulaires (66, 68) des rebords du secteur de tôle étant orientées dans le même sens circonférentiel.
4. Etage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que des pièces anti-rotation (76) montées entre les extrémités circonférentielles des secteurs de carter (78) forment des butées circonférentielles sur lesquelles s'appuient les extrémités circonférentielles des secteurs de tôles (58).
5. Etage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bords annulaires amont et aval des secteurs de tôle (58) comprennent des parties repliées (72, 74) vers l'intérieur à section en U, ces parties repliées (72, 74) étant engagées dans les gorges annulaires du carter et sur les rebords annulaires (26, 32) de la plate-forme externe (20) du redresseur.
6. Etage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les parties repliées (72, 74) des bords annulaires des secteurs de tôle (58) comprennent des renflements et venant en appui radial sur une face cylindrique interne des rebords annulaires de la plate-forme du redresseur de manière à serrer les rebords de la plate-forme et les parties correspondantes des rebords annulaires des secteurs de tôle sur des faces cylindriques extérieures des gorges annulaires du carter.
7. Etage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux secteurs de tôle (58) et deux secteurs de carter (78) s'étendant chacun angulairement sur 180°.
8. Turboréacteur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un étage de compresseur selon l'une des revendications précédentes.
9. Tôle annulaire d'étanchéité pour un étage de compresseur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ses bords annulaires (72, 74) sont pliés en U l'un vers l'autre et en ce qu'elle comprend des rebords en L (62, 64) s'étendant radialement vers l'extérieur à ses extrémités circonférentielles.