Brevet FR2558526A1 — publié le 19850726

Rotor d'uMl compresseur, notamment d'un compresseur axial" Dans des compresseurs, notamment des compres- se;urs axiaux, le rendement et le comportement en fonctionne- ment dépendent dans une large mesure, de la façon dont on parvient à réduire autant que possible le jeu radial entre les zones du rotor et le carter. Si l'on veut minimiser ce jeu radial, il est par exemple possible de l'ajuster par érosion sur une garniture du carter (garniture d'entrée). Par contre, les aubes de la turbo-machine doivent être, autant que possi- ble, peu érodées, car autrement, notamment pour des carters ovales les jeux conservent une importance à6favorable et les aubes, lors de la révision doivent 4tre réparées de façon coûteuse ou bien éliminées parce qu'elles sont trop courtes. De telles garnitures d'entrée sur le carter entratnent, notamment si elles sont molles, peu d'usure de la pointe des aubes, mais l'expérience montre qu'elles sont toutefois sensibles à l'érosion et à la température. Une garniture d'entrée molle est par exemple décrite dans le document GB-PS 733 918. Dans le document DE-OS 28 53 958, on décrit un eétanchement au gaz et un procédé pour sa réalisation, dans lesquels la pointe d'une saillie en un matériau composite est rendue solidaire d'une aube de turbine et est réalisée sous la forme d'un tranchant de couteau. Ces tranchants sont égale- ment appelés à cet emplacement "pointes de sifflets'". A partir d'eux, des particules de meulage se détachent en direction de 2.- la saillie. Cette constitution d'une pointe de meulage enlève dans une mesure non souhaitable, des particules de la pièce d'étanchement placée en face. Le but de l'invention est de créer une possi- bilité simple et économique d'un ajustement permettant notamment de minimiser le jeu radial entre les aubes du rotor et le carter d'un compresseur, notamment d'un moto-propulseur à gaz d'avions ou d'une installation de turbines à gaz en arrivant au total à ce résultat avec aussi peu d'usure que possible et ne tolérant celle-ci qu'à défaut de mieux. L'invention résoud ce problème dans le cas de rotor du type initialement décrit, en ce que, elle fait réali- ser le travail d'érosion par seulement une ou bien seulement un petit nombre"d'laubes d'érosion" revêtues par étages de com- 1 5 presseurs d'un rotor. Pour obtenir ce comportement favorable à l'érosion, il est prévu, conformément à l'invention, que l'aube dans sa zone adjacente au carter est réalisée sous forme de bande de recouvrement et que cette zone des aubes en forme de bande de recouvrement porte une couche de blindage connue en soi située radialement à l'extérieur et qui est adaptée à la garniture d'entrée sur le carter. Les avantages essentiels de l'invention rési- dent en ce que les nouvelles aubes avec des pointes résistantes à l'usure permettent sur le carter, des garnitures d'entrée plus dures, résistantes à l'érosion et à la chaleur, sans qu'il en résulte une usure plus importante des pointes des aubes. le jeu radial entre les aubes du rotor et le carter peut être faci- lement ajusté et minimisé grâce à la réalisation de l'élargis- sement en forme de bande des aubes, ainsi que par le choix de l'épaisseur de la couche rapportée sur la pointe des aubes. D'autres caractéristiques de l'invention décou- lent de la description qui va suivre et de la représentation d'exemples de réalisation sur les dessins ci-joints. Toutes les combinaisons et sous-combinaisons, même avec des particularités connues en soi, des particularités 3.- indiquées dans cette description et dans ces dessins, même avec des particularités connues en soi, font partie de l'in- vention. L'invention va être maintenant décrite ci-après en se référant à des exemples de réalisation représentés sur les dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 montre un rotor avec différentes aubes, - la figure 2 montre une aube vue dans une direc- tion transversale à la direction de l'écoulement dans un com- presseur axial, - la figure 3 montre une aube vue en perspec-. tive, essentiellement dans la direction de l'écoulement, - la figure 4 est une vue en plan de l'aube. La figure 1 montre un rotor avec deux aubes conformes à l'invention réparties symétriquement. Comme le montre la figure 2, l'aube a une forme qui est classique pour des aubes rotatives de compresseurs axiaux. La conformation et les matériaux de l'aube et leur réalisation peuvent 8tre choisis dans de larges limites. Il en va de m8me pour la fixation de l'aube sur le disque du rotor. La couche 1 résistante à l'usure conforme à l'invention (couche blindée) se trouve sur un élargissement sur la zone d'extrémité 2 de la pointe de l'aube 3. Le pied est désigné par 4, il comporte une surface de recouvrement interne 5 (voir notamment la figure 3). Le profil de l'aube 3, qui est elle-même de forme torse, est indiqué en tirets sur la figure 4. Il est par exemple réalisé selon la forme d'un profil d'aile (aérofoil). La couche blindée se trouve à l'extrémité ex- terne radiale de l'aube à la pointe de celle-ci, au voisinage du carter et notamment de la couche d'entrée de celui-ci. Cet- te couche blindée est au moins sur cette surface tournée vers le carter réalisée en un matériau résistant à l'érosion, telle 4.- qu'une matière dure. Des matériaux du groupe carbure de tungs- tène, carbure de silicium, carbure de chrome conviennent parti- culièrement pour cet usage dans la mesure o il s'agit d'ap- plication dans des domaines de basses et de moyennes tempéra- tures. Pour des températures plus élevées, la couche 1 peut être constituée avantageusement d'un matériau tel que le carbure de titane, le nitrure de titane ou le nitrure de si- licium. D'autres matières également d'une résistance analogue à l'usure, notamment des matériaux céramiques tels que des oxydes métalliques ou bien d'autres combinaisons métalliques, mais également des matériaux mixtes, sont susceptibles d'&tre mis en oeuvre pour le but visé par l'invention. Lors du choix du matériau de la couche, on doit toutefois veiller à ce que, d'une part, celle-ci puisse être reliée dans de bonnes condi- tions aux matériaux de l'aube, tels que des alliages d'acier, de nickel, de chrome ou de titane, ou autres, et que, d'autre part, elle puisse être appariée à la couche d'entrée sur le carter sur laquelle elle frotte éventuellement. Il importe d'éviter une usure excessive et une érosion non souhaitable, notamment lorsque le carter n'est pas rond et prend une forme ovale ou polygonale. Ceci peut se produire dans des états de fonctionnement non stationnaires, tel que le démarrage,les ac- célérations et l'arrêt ou bien le ralentissement du compres- seur axial. On peut alors aboutir, du fait de sollicitations thermiques et/ou mécaniques inégales, à une dilatation inéga- le sur le carter et le rotor. Lorsque la couche résistante à l'érosion con- forme à l'invention est choisie à partir de matériaux tels que l'érosion soit réduite de façon optimale, il n'y a pas de risque sur la pointe de l'aube. Dans le cas d'un choix du ma- tériau adapté de façon appropriée pour tenir compte des problè- mes précités, le jeu radial entre les pointes des aubes du rotor et le carter peut être maintenu à peu près constant. En outre, l'appariement des matériaux de la couche de blindage d'une pointe d'aube avec la couche d'entrée sur le carter, ne ,- dait introduire aucune réaction inadmissible, et notamment des réactions chimiques doivent être évitées. Les matériaux préférés évoqués ci-dessus sont rapportes sur la pointe de l'aube à son élargissement en forme de bande de recouvrement vers la zone d'extrémité 2, soit di- rectement, soit par dessus une couche intermédiaire améliorant l'adhérence, par exemple, selon le procédé de détonation, selon le procédé de projection de plasma, ou bien selon un procédé physique ou chimique de déposition à partir de la vapeur (PVD ou bien CVD). Le choix le plus favorable du procédé s'oriente selon le matériau choisi pour la couche, en tenant compte des conditions précitées. L'épaisseur de la couche de recouvrement se situe alors de préférence, à peu près dans la zone entre 0,1 mm et 1 mm, mais selon le procédé et le matériau choisis, l'épaisseur de la couche peut être différente d'une manière en soi connue vers le bas ou vers le haut. L'aube équipée de la couche 1 résistant à l'usure conforme à l'invention, devrait être notablement plus lourde que les autres aubes du même étage qui ne comportent pas cette couche et l'élargissement en forme de bande de re- couvrement à la pointe de l'aube. Ceci se traduit par des for- ces centrifuges plus élevées et donc, par une fatigue plus élevée lors de charges alternées (Low-Cycle-Fatique - ICF) dans le pied de l'aube. On peut toutefois éventuellement remé- dier facilement à cela en dimensionnant plus fortement le pied de l'aube conforme à l'invention que celui des aubes clas- siques. Il y a également lieu d'adapter la gorge correspondan- te dans le disque du rotor aux dimensions modifiées du pied de l 'aube. Au lieu d'un autre dimensionnement, on peut également faire appel à un autre choix du matériel du pied 4, qui doit 9tre alors solidement relié à la pale 3 de l'aube, par exemple par soudure. S'il est envisagé de mettre en oeuvre plus d'une aube conforme à l'invention sur le disque du rotor, il 3 importe de choisir un nombre entier de telles aubes et une 6. répartition symétrique sur la périphérie du disque, notamment pour éviter des balourds (figure 1). Des variantes de ces formes de réalisation sont bien entendu possibles sans sortir pour autant du cadre de l'invention. la largeur de la bande de recouvrement ne doit pas nécessairement recouvrir complètement les intervalles entre les aubes, cela est favorable à l'écoulement. l'invention est de préférence appliquée dans des compresseurs axiaux de propulseurs d'avions en combinaison avec des turbines à gaz, auquel cas, la plupart du temps, plusieurs étages de compresseurs (alternant également avec les aubes directrices) tout comme plusieurs étages de turbines sont disposés sur un arbre. En règle générale, la sollicitation thermique des aubes du compresseur, est infé- rieure à Belle des aubes de la turbine recevant les gaz chauds. 7. REVEND I CA T 10 N S 1.- Rotor d'un compresseur axial, notamment de générateurs de gaz dans des groupes moto-propulseurs à gaz pour avions ou bien des installations de turbines à gaz, avec des moyens pour minimiser le jeu radial entre des ailet- tes tournantes profilées exemptes de bandes de recouvrement et un carter avec une garniture d'entrée, rotor caractérisé en ce qu'il comporte une ou différentes aubes (3) réparties sur la périphérie qui est ou qui sont réalisées à la façon d'une bande de recouvrement dans leur partie terminale adjacente au carter, tandis que cette zone terminale des aubes porte Une couche de blindage (1), connue en soi, se situant radialement à l'extérieur, qui est constituée d'un matériau adapté (en ce qui concerne l'usure) à la garniture d'entrée. 2.- Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de blindage sur les aubes est constituée d'un matériau qui est plus dur que la garniture d'entrée du carter, et que cette couche de blindage ne réagit pas chimi- quement avec eette garniture. 3.- Rotor avec des aubes selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche de blindage est choisie en un matériau du groupe des substances dures. 4.Rotor avec des aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche de blindage est choisie en un matériau du groupe carbure de tungs- tène, carbure de silicium, carbure de chrome. 5.- Rotor avec des aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche de blindage est choisie en un matériau du groupe carbure de titane, nitrure de titane, nitrure de silicium. 6.- Rotor avec des aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche de blindage est déposée selon le procédé de détonation, selon le 3=, procédé de projection de plasma, par procédé physique ou chimique S58526 B._ de déposition à partir de la phase gazeuse. 7.- Rotor avec des aubes selon l'une quelconque- des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche de blindage est déposée sur une couche intermédiaire sur la pointe des aubes en matériau métallique. 8.- Rotor avec des aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la largeur de la zone terminale, à la façon d'une bande de recouvrement, des aubes, est inférieure à l'intervalle des aubes du compresseur. 9.- Rotor avec des aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la zone termi- nale (pied) des aubes, opposée à la garniture d'entrée, est renforcée. 10.- Rotor avec quelques aubes selon la reven- 1 5 dication 1, caractérisé en ce que ces aubes sont réparties symétriquement à sa périphérie.