Brevet FR2534982A1 — publié le 19840427

Dispositif de contrôle des jeux d'un compresseur haute pression. L'invention concerne un dispositif de contrôle des jeux d'un compresseur axial par contr8le thermique de l'enveloppe de stator comprenant une enveloppe interieure sur laquelle sont fixées les aubes de stator, ladite enveloppe comportant des moyens de fixation sur enveloppe extérieure de stator, des moyens de ventilation prévus dans l'espace compris entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure, des moyens de distribution d'air disposés à l'extérieur de l'enveloppe extérieure pour en assurer le contrtle thermique. les compresseurs des turbomachines modernes, dont les taux de compression sont élevés, peuvent atteindre dans les derniers étages des températures de l'ordre de 600 à 650 C. Aiin de maintenir aussi faibles que possible les pertes par retour des gaz entre extrémité des aubes rotoriques par exemple et leur enveloppe, , il est nécessaire de contrôler les j deux existant entre les couronnes d'aubes et les enveloppes afin que, quelles que soient les conditions de fonctionnement, ceux-ci restent constantes et aussi faibles que possible Généralement une section de compression d'une turbomachine comprend un rotor s'étendant axialement et un stator circonscrit au rotor.Les aubes de stator et de rotor s'étendent radialement respectivement vers le rotor et vers le stator, les couronnes daubes de stator et de rotor étant altérnées dans la direction axiale l'étanchéité entre l'extrémité des pales des aubes et le carter du rotor ou l'enceinte du stator est assurée par des bandes de friction comportant généralement un matériau abradable.Ce matériau permet l'adaptation du joint dans les limites des tolérances mécaniques ou des dilatations thermiques Il est de la plus grande importance de pouvoir maîtriser les dilatations thermiques, en particulier, dans le sens radial pour que les jeux entre le rotor et le stator soient maintenus les plus faibles possible et permettre ainsi de limiter à la plus faible valeur possible les pertes par les retours cites ci-dessus. Les aubes ainsi que les disques de rotor sont généralement faits en un matériau résistant aux hautes températures et de faible coefficient de dilatation thermique, par contre les aubes de stator sont maintenues dans des logements prévus sur l'enveloppe du compresseur qui est réalisée généralement en acier, en tous cas pour les derniers étages de compresseur,et est à coefficient de dilatation thermique relativement élevé. On a donc cherché à contrtler la dilatation de l'enveloppe de manière à minimiser les jeux entre rotor et stator.C'est ainsi que le brevet britannique 2.039.331 décrit l'utilisation d'aubes de stator prolongées du c8té de la plateforme par un pied approxi mativement cylindrique maintenu dans une douille logée dans un segment courbe intermédiaire. Chaque segment est monté sur l'enveloppe extérieure par l'intermédiaire d'anneaux d'isolement thermique. le segments courbes intermédiaires sont réalisés en un acier à faible dilatation thermique de manière à limiter les contraintes exercée sur les pièces d'aubes en céramique. les plateformes des aubes de stator et les écrans disposé9 entre deux couronnes d'aubes forment une enveloppe intérieure qui limite la veine du flux d'air à haute température et protège du rayonnement direct les segments courbes et à fortiori l'enveloppe extérieure. En outre des canaux de refroidissement sont prévus entre l'enveloppe extérieure et les segments courbes pour limiter l'échauffement des segments courbes et des douilles de maintien des pieds d1aube. l'usinage des logements des douilles et des douilles elles-mmes est assez complexe et ne se justifie que par le caractère particulièrement fragile des aubes en céramique. L'effet recherche n'est pas le maintien des jeux entre les extrémités des pales et les enveloppes puisque, par suite de la nature des matériaux utilisés, les variations de dimensions sont très faibles, mais la suppression des concén rations d'efforts et des vibrations. Le brevet français 2.482.661 décrit un système adapté à des aubes métalliques. les aubes statoriques sont portées par deux segments courbes comportant parallèlement des ranges d'aubes et des bandes de friction susceptibles de cooperer avec l'extrémité des pales des aubes de rotor. Les segments sont maintenus à distance de l'enveloppe extérieure annulaire par des brides radiales partiellement evidées. Pour compenser la dilatation de l'enveloppe, qui aurait pour conséquence une augmentation des jeux entre les extrémités des pales et les bandes de friction, de l'air de refroidissement est amené sur l'enveloppe extérieure par des tubes fixes sur celle-ci. Le maintien axial des segments dans l'enveloppe extérieure est obtenu globalement par des bagues fixées aux extrémités de l'étage de compression. Du fait que les brides de fixation comportent des vides, la distance séparant l'enveloppe intérieure de l'enveloppe extérieure pour des raisons mécaniques evidentes ne peut être grande, la transmission de chaleur à l'enveloppe extérieure n'est pas négligeable. Le contrôle des jeux par l'air de refroidissement n'est donc pas facile à met.tre en oeuvre. Be-dispositif, selon l'invention, a pour but d'assurer une grande rigidité à l'enveloppe extérieure, de soustraire cette enveloppe au rayonnement de la veine interne,-d'assurer que les dilatations et rétractions que subissent les secteurs d'aube de stator s'exercent radialement et enfin de faciliter le passage d'air de refroidissement entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure. Le dispositif est remarquable en ce qu-e l'envi loppe intérieure sur laquelle sont fixees les aubes de stator est constituée par les plateformes supérieures de secteurs d'aubageD chaque secteur d'aubage comporte un support portant un pied coopérant avec les moyens de fixation formés par des rainures prevues dans des nervures axiales de ltenveloppe extérieure Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple, permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisee. La figure i est une demi-vue en coupe axiale d'une section de compresseur montrant un exemple de dispositif de contrôle des jeux, selon l'invention. La figure 2 est une vue partielle en coupe radiale selon II II de la figure 1 d'un premieriexemple de réalisation d'un élément du dispositif. a figure 3 est une vue partielle en perspective de l'elément III de la figure 2. La figure 4 est une vue partielle en coupe radiale selon II II de la figure 1 d'un deuxième exemple de réalisation d'un élément du dispositif. La figur-e 5 est une vue partielle en perspective de l'élément V de la figure 4. La figure 1 représente une vue partielle en coupe axiale d'une section de compresseur ou d'un compresseur axial disposé à l'amont d'une turbomachine ou d'un turboréacteur. le rotor 1 est formé par les disques de rotor 2 dont la jante 3 comporte des rainures périphériques dans lesquelles sont maintenus les pieds 5 des aubes 6. le tambour du rotor porte entre deux rangées d'aubes des joints à léchettes 7, coopérant avec des éléments complémentaires 8 montés à l'extrémité des aubes 9 du stator, pour assurer l'étanchéité entre l'aval et l'amont des aubes statoriques. l'air à comprimer arrive en 10 et est envoyé d'un étage d'aubes rotoriques 6 à 11 étage suivant au travers des aubes statoriques 9 dans le canal formé par les plateformes de ces aubes. es aubes statoriques 9 sont maintenues par des moyens de fixation solidaires de l'enveloppe extérieure 11. Cette enveloppe est constituée de deux carters demicylindriques limités par deux brides radiales 12, 13 servant à leur raccordement amont ou aval à une autre section de compresseur ou à la chambre de combustion (non représentée) et par deux brides longitudinales servant à leur réunion. A la surface extérieure de l'enveloppe Il sont. prévus des moyens de distribution d'air formés dans l'exemple représenté par deux tubes collecteurs toriques 14, 15 communiquant par des orifices 16 avec l'intérieur du carter Ces orifices permettent le prélèvement d'air pour l'alimentation des tubes collecteurs en air sous pression nécessaire notamment aux servitudes avion et au refroidissement ae certaines parties du moteur Par ailleurs, des tubes d'amenée d'air 17 servent au contr8le de-la dilatation de l'enveloppe. Les tubes 17 sont percés d'une ou plusieurs rangées de trous 18 dirigés vers la surface de leenveloppe et destinés au passage de jets d'air chaud ou froid pour stabiliser la température de l'enveloppe et éviter ses variations dimen- sionnelles Selon une particularité de l'invention l'enveloppe extérieure Il porte sur la face interne des nervures lon- gitudinales 19 dans lesquelles sont usines des rainures 20 constituant des moyens de fixation maintenant les pieds 21 des aubes statoriques (voir aussi fig 2 et fig 4). Selon les formes de réalisation représentées les aubes statoriques sont assemblées de manière à former un secteur d'aubage 22 (figures 2,3, 4, 5) comprenant, par exemple, six pales 23 solidaires de deux plateformes 24, 25 qui délimitent le passage de la veine d'air respectivement vers l'intérieur et vers l'extérieur La plateforme extérieure 25 est prolongée en aval par une partie libre de pale dans laquelle est usiné un logement 26 destiné à recevoir un matériau abradable pour former joint avec l'extrémité des pales dune rangée d'aubes rotoriques 6 (voir fig 3).La plateforme extérieure 25 porte, sur sa face supérieure et dans un plan radial, un support formant échasse 289 terminé par une plateforme de pied 29 et le pied d'échasse 21. Le pied 21 est formé de manière à coopérer au moins avec les parties latérales des rainures 20 prévues dans les nervures 19 de l'enveloppe extérieure 11 et présente une gorge longitudinale destinée à former avec le fond de la rainure 20 un canal 31 formant une partie des moyens de ventilation. Selon le premier exemple de réalisation représenté figures 2 et 3, le pied 21 a une section radiale en forme de V, les extrémités des branches portant deux cordons longitudinaux 30, les cotés latéraux du pied et les cordons s'appliquant sans jeu dans la rainure 20 de forme complémentaire. La plateforme de pied 29 a pour fonction de verrouiller radialement le secteur d'aubage, d'éviter le jeu du pied dans la rainure et de parfaire l'étanchéité du canal 31. les bords longitudinaux 32 de la plateforme exté- rieure 25 portent une rainure 33 destinée à recevoir une barrette d'étanchéité 34. Le montage des secteurs d'aubage dans l'enveloppe extérieure sera décrit ultérieurement. Selon une deuxième forme de réalisation des secteurs aubage, représentés figures 4 et 5, les pales 23 des aubes statoriques sont solidaires de deux plate formes intérieure 24 et extérieure 25. La plateforme entés rieure porte, sur ea face supérieure, deux jambes 35, 36 disposées longitudinalement par rapport au secteur d'aubage, inclinées sur un plan radial et formant un support. les extrémité$ libres des jambes portent un cordon longitudinal 37 dans lesquels sont usinées des rainures 38 débouchant horizontalement vers l'extérieur les rainures 38 coopérant avec les bords 39 des rainures 20 présures dans les nervures 19 de l'enveloppe extérieure 11. Un renfort 40 est prévu entre les deux jambes Selon une forme de réalisation non représentée les deux extrémités des jambes sont réunies et forment un pied dans lequel les deux rainures latérales 38 sont usinées de part et d'autre du plan longitudinal de symétrie du segment d'aubage. les supports des secteurs d'aubage ont des hauteurs croissantes d'un étage de compresseur à l'autre dans le sens étage basse pression étage haute pression. L'enceinte cylindr-conique délimitée par l'enveloppe extérieure 11 et par l'enveloppe intérieure déterminée par les plateformes extérieures 25 des secteurs -est dans l'exemple de réalisation représenté séparée axialement en deux enceintes 41, 42 par trois cloisons radiales 43, 44, 45 formées par des demi anneaux dont les bords internes sont encastrés dans des gorges 46 usinees sur la face externe des plateformes 25 et les bords externes, dans des gorges périphériques 47 usinées dans la face interne des carters demi cylindriques de l'enveloppe 11. Les canaux longitudinaux 52 formés par les échasses radiales ou les jambes obliques (figures 2-3-4 et 5) sont comblés au moins partiellement par des barrettes 48 moulées en forme dans-un materiau isolant.De rréférence, les barrettes 48 réservent des passages 49 dont trois des côtés sont constitues par la paroi interne de l'enveloppe extérieure il et les flancs des nervures 19. Les passages 49 sont balayés, pour la chambre 41, par l'air de refroidissement pénétrant à l'amont, à l'extérieur de la cloison radiale 43 et, pour la chambre 42 par air provenant de l'étage compresseur et passant par des orifices 51 prévus dans les plateformes extérieures 25 des segments d'aubages. Les passages 49 et les canaux 31 constituent les moyens de ventilation permettant le contrôle thermique actif des pieds des secteurs d'aubage et de la paroi interne de l'enveloppe extérieure 11. les barrettes isolantes 48 empêchent la transmission de chaleur par rayonnnement de l'enveloppe intérieure formée par les plateformes extérieures 25,'verts l'enveloppe extérieure 11. L'assemblage des segments d'aubage statorique sur l'enveloppe extérieure s'opère comme suit : les échasses d'une mtme rangée longitudinale de secteurs sont alignées au moyen d'un outillage approprié, le bord aval d'une plateforme extérieure 25 venant en appui sur le bord amont de la suivante. Les secteurs sont maintenus dans cette position et par l'espace existant entre les plateformes de pied 29 successives, on soude les plateformes 25 en contact par faisceau d'électrons. La ranges complète est ensuite introduite dans une rainure 20 longitudinale interne du carter, et on opère de même pour toutes les autres rangées de secteur.Lorsqu'un carter demi-cylindrique est ainsi équipé, on intercale les barrettes d'isolant 48 entre l'enveloppe extérieure il et l'enveloppe interieure formée par les plateformes extérieures 25 ou entre les plateformes extérieures 25 et les plateformes de pied 29 pour ménager les passages 49. Les barrettes 48 sont maintenues en place par les cloisons radiales 43, 44, 45, les demi anneaux les formant étant introduits au fur et à mesure du remplissage. On procède à l'équipement du deuxième carter demi-cylindrique et -on assemble les deux carters autour du rotor du compresseur par serrage des brides longitudinales. le contre des jeux du compresseur s'effectue par projection d'air sur l'enveloppe exterieure il par les tubes 17 alimentés en air de ventilation plus ou moins chaud ou froid dont le débit est réglable par des moyens connus, non représentés, comportant des capteurs de tempé rature et des distributeurs à électrovannes. par ailleurs, le tube 14 reçoit de l'air relativement froid par les canaux 31 et/ou les passages 49 en communication avec l'entrée d'air du compresseur. le tube 15 reçoit de l'air chaud provenant de la veine d'air comprimé dans un étage du compresseur selon, par exemple, le parcours indiqué par la flèche. Lu fait de l'éloignement des secteurs d'aubage et de l'enveloppe extérieure sur laquelle ils sont fixes, cet éloignement augmentant des étages basse pression aux étages haute pression dans lesquels la température est la plus élevée, la veine de compression étant convergente vers l'aval, l'enveloppe ne subit que des variations de température faibles qui sont facilement contrtlabless. Ces variations sont encore minimisées par l'interposition, entre l'enveloppe interieure, formée par les plateformes extérieures des secteurs d'aubage, et l'enveloppe extérieure de barrettes isolantes 48. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle des jeux d'un compresseur axial par contrôle thermique de 1 t enveloppe de stator comprenant une enveloppe intérieurs sur laquelle sont fixées les aubes de stator , ladite enveloppe comportant des moyens de fixation sur l'enveloppe extérieure de stator des moyens de ventilation prévus dans l?espace compris entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure, des moyens de distribution d'air disposes à l'extérieur de l'enveloppe extérieure pour en assurer le contrôle thermique caractérisé en ce que l'enveloppe intérieure est constituée par les plateformes extérieures (25) de secteurs d'aubags (22), chaque secteur d'aubage comportant au moins un support (28;; 559 36) portant un pied (21) coopérant avec les moyens de fixation formés par des rainures (20) prévues dans des nervures axiales (19) de l'enveloppe extérieure (11). 2. Dispositif de contrôle selon la revendication 9 caractérisé en ce que les moyens de ventilation sont au moins en partie constitués par une gorge longitudinale prévue dans le pied (21) et formant avec le fond de la rainure (20) un canal (31) communiquant avec au moins un collecteur torique (14, 15) constituant une partie des moyens de distribution d'air 3.Dispositif de contrôle selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'un secteur d'aubage (22) comporte des pales d'aubes (23) solidaires de deux plateformes, une plateforme extérieure (25) et une plateforme intérieure (24), délimitant le passage de la seine d'air du compresseur, la plateforme extérieure (25) étant prolongée en aval par une partie libre de pale dans laquelle est usines un logement (26) pour un matériau abradable et portant sur sa face extérieure le support formé d'une echasse (28) s'étendant dans un plan radial, terminée par un pied (21). 4 Dispositif de contrôle selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce qu'un secteur d'aubage (22) comporte des pales d'aubes (23) solidaires de deux plateformes, une plateforme extérieure (25) et une platetorme interieure (24), délimitant le passage de la veine d'air du compresseur, la plateforme extérieure (25) étant prolongee en aval par une partie libre de pale dans laquelle est usinée un logement. (26) pour un matériau abradable et portant sur sa face exterieure le support formé de deux jambes (35, 36) disposées longitudinalement par rapport aux pales d'aube, inclinées sur un plan radial, les extrémités libres des jambes formant un pied e 5. Dispositif de contrôle selon la revendication 3 caractérisé en ce que 11 échasse (28) comporte une plateforme de pied (29) susceptible de coopérer avec les bords de la rainure (20) dans laquelle est fixé le pied (21). 6. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'enceinte intérieure, formée par les plateformes extérieures (25) des secteurs d'aubage, est conique et va en diminuant dans le sens d'écoulement de la veine d'airs, les supports (28; 35, 36) des secteurs d'aubage allant en croissant des étages basse pression aux étages haute pression. 7. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que des barrettes isolantes (48) sont disposées dans des canaux (52) formes entre les supports (28, 35,36) des secteurs d'aubage, l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure (11). 8. Dispositif de contrôle selon la revendication 7 caractérisé en ce que des passages (49) sont formés entre les barrettes isolantes (48), la paroi interne de l'enveloppe extérieure (11) et les flancs des nervures (19).