Brevet FR2574476A1 — publié le 19860613

CARTER DE RETENTION POUR SOUFFLANTE DE TURBOREACTEUR L'invention concerne un carter de rétention pour souf- flante de turboréacteur, ledit carter comportant face à la zone balayée par le rotor un anneau d'étanchéité et une structure de rétention susceptible d'arrêter l'aube ou la partie d'aube cassée et de l'évacuer. Il est connu d'utiliser comme structure de rétention un carter en acier relativement mince sur lequel sont bobiné(e)s ou appliqué(e)s des fibres ou des rubans de matériau synthétique tel que des fibres de polyamide aromatique connu sous le nom de marque commerciale "KEVLAR". Cette solution ne permet pas, dans les petits moteurs, de réaliser des gains substantiels sur la masse par rapport à un carter tout acier. Les essais de rupture d'aube ont mis en évidence trois zones de vulnérabilité différente du carter: - une première zone (zone A), immédiatement à l'aplomb de la zone balayée par le rotor de soufflante, qui n'est atteinte que par des fragments de petite taille et dans laquelle ne se produit généralement pas de perforation; - une deuxième zone (zone B), en aval de la précédente par rapport à la direction du flux d'air, subissant les impacts les plus sévères, en particulier ceux des talons d'aubes par suite du basculement qui suit immédiatement la séparation du ou des fragments d'aube. Cette zone peut être le siège de d6formations et perforations importantes; - une troisième zone (zone C) en aval de la deuxième zone, dont la vulnérabilité est comparable à celle de la première zone et dans laquelle se produisent des défor- formations ou des perforations limitées. Les fragments peuvent y être retenus efficacement avec des structures de fibres bobinées par effet de "filet". Comme le carter ne peut pas lui-même assurer effica- cement la fonction de rétention, la demande de brevet européen N 0028183 propose une solution consistant à disposer entre le carter et l'anneau d'étanchéité une structure de rétention constituée de tores creux, concentriques au rotor, maintenus par des éléments de blocage. le carter n'a plus alors qu'à assurer une fonction de résistance aux efforts dynamiques et d'amortissement des vibrations. C'est en partant de cette remarque, et de la répartition des zones de vulnérabilité différente du carter entourant la soufflante que s'est développée l'idée inventive d'une disposition de structure de rétention permettant un gain de masse par l'utilisation d'un carter en alliage léger. En effet, un carter en alliage léger, tel que celui connu sous la dénomination AU2GN d'épaisseur équivalente à celle d'un carter classique en acier, permettrait des gains de masse importants de l'ordre de 30 à 40 kg. Mais bien que la capacité de résistance aux efforts dynamiques et d'amortissement des vibrations soit approximativement la m&me que pour l'acier, les alliages légers sont plus vulnérables à l'effet de tronçonnage. Il convient donc de maintenir le carter en alliage léger à distance du rotor et d'interposer,entre ce carter et le rotor, des structures propres à absorber l'énergie des fragments et à les retenir à l'intérieur du moteur. L'invention vise à la réalisation d'un carter de rétention présentant une succession de structures adaptées aux différents types d'agression auxquelles elles sont susceptibles d'être soumises et d'une fixation commune à au moins une structure de rétention et aux úerrures de fixation des accessoires prévus à l'extérieur du carter. Le carter de rétention pour soufflante de turboréacteur selon l'invention est remarquable en ce qu'il est constitué d'un ensemble comportant au moins un carter extérieur métallique et une garniture interne en matériau composite, concentrique, amovible, frettée au moins partiellement dans le carter, ledit ensemble présentant dans le sens d'écoulement de la veine d'air au moins trois zones de caractéristiques de rétention différentes, la première zone entourant l'aubage rotorique de la soufflante. Les explications et figures données ci-aprês à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'invention peut Stre réalisée. La figure unique représente, en demi coupe, le compartiment soufflante d'un turboréacteur. le carter de rétention 1 comporte à ses extrémités des brides 2 et 3 par lesquelles il est fixé respectivement au carter d'entrée et au carter de sortie (non représentés) de la soufflante. le carter de rétention entoure le-rotor de soufflante 4 et retient les aubes fixes 5 du redresseur de la veine d'air,. Le carter de rétention est formé d'un extéereur ensemble constitué d'un carter/métallique 6 et d'une garniture interne 7 dont la paroi, délimitant le canal d'téceoulement de la veine d'air, est constituée au moins en partie d'un matériau composite. La garniture, concen- trique au carter 6, y est frettée au moins partiellement, comme il sera décrit ultérieuremente Selon l'invention, l'ensemble présente, dans le sens de l'écoulement de la veine dtair,(de gauche à droite sur la figure) au moins trois zones successives présentant des caractéristiques de rétention différentes selon leur position par rapport à l1aubage rotorique de la soufflante. la première zone A est située à l'aplomb de 1eaubage rotorique et comporte radialement de l'inté- rieur vers l'extérieur un anneau d'étanchéité 8 en. matériau abradable, fixé dans un logement prévu dans la paroi de la garniture 6, une portion annulaire de la paroi du carter métallique dont au moins une partie 9 de la paroi extérieure, comprise entre deux nervures circulaires 10, 11, porte un anneau de rétention 12 formé par un bobinage de fibres de polyamide aromatique noyé dans une résine synthétique. Cette partie 9 est prévue approximativement sur la moitié avant de la première zone et est susceptible de ralentir et retenir les fragments d'aube susceptibles de se détacher lors d'impact de matériau aspiré par la soufflante. La deuxième zone B, s'étendant en arrière de la zone balayée par le rotor, comporte de l'intérieur vers l'extérieur une portion approximativement annulaire 13 formée par au moins la paroi de la garniture 7, cette paroi pouvant éventuellement- tre formée de deux peaux entre lesquelles est maintenue une structure de rétention; une ceinture de rétention 14, constituée d'au moins deux tores 15, 16 maintenus sur la surface interne de la paroi du carter métallique par des supports 17; une portion annulaire 18 du carter métallique. la troisième zone CO, prolongeant la deuxième zone B, d'une longueur à peu près égale à celle de la - zone A, comporte de l'intérieur vers l'extérieur la paroi19 de la garniture 7, un espace annulaire vide 20 et une portion 21 du carter métallique. Cette troisième zone est destinée à retenir dans l'espace vide 20 les débris importants qui ont perdus leur énergie dans la zone B précédente. La paroi du carter métallique correspondant aux zones A et B devant présenter une rigidité suffisante aux vibrations et aux efforts dynamiques, elle aura de préférence une épaisseur approximativement double de celle correspondant à la zone C. Les parties de paroi s'étendant en amont et en aval de ces trois zones auront une épaisseur sensiblement égale à celle de la troisième zone C.- Outre les nervures 10 et 11 déjà décrites entre lesquelles se trouve l'anneau de rétention 12, d'autres nervures circulaires 22, 23, 24 prévues sur la surface extérieure du carter métallique concourent à donner au carter une plus grande inertie. La paroi du carter métallique présente dans la zone B trois rangées 25, 26, 27 circonférentielles de trous, prévues pour la fixation des supports 17 des tores formant la ceinture de rétention etdes ferrures 29, 30 de fixation des accessoires et auxilliaires, Une autre rangée 31 circonférentielle de trous est prévue à l'extrémité de la zone C pour recevoir les fixations des aubes redresseuses 5. Selon ltexemple de réalisation représenté sur la figure unique, la surface intérieure du carter métallique 6 est munie, approximativement à l'aplomb de la zone A de deux portées cylindriques 32, 33, l'alésage de la première portée (dans le sens d'écoulement du fluide) étant supérieur à celui de la deuxième partée. Ces portées sont destinées à retenir par frettage la garniture amovible 7 qui est introduite par l'avant du carter après que l'on ait fixé dans ce dernier la ceinture de rétention 14. La ceinture de rétention est constituée comme précédemment décrit de deux tores 15, 16 maintenus de place en place par des supports 17. Ces supports présentent une section approximativement trapézoldale dont la grande base, curviligne, porte deux échancrures, destinées à loger les tores définissant deux pattes latérales obliques et une patte centrale susceptibles de coopérer avec des moyens de serrage 25A, 26A, 27A. Pour ce faire les pattes latérales sont munies chacune d'un trou taraudé dans lequel viendra se visser un boulon passant par les trou/s2? eV 2 qui maintiendra éven- tuellement sur la surface extérieure du carter des ferrure de fixation 29 et 30, servant de supports d'accessoires. Ia patte centrale porte un passage axial pour un boulon 27A dont l'extrémité du'filetage passe dans un trou 27 de la rangée circonférentielle centrale des trous prévus sur le carter et dans une ouverture prévue dans la patte centrale des ferrures. TL'extrémité du filetage reçoit une pièce d'appui qui répartit les efforts de serrage de l'écrou sur la patte centrale et fait participer une large portion du carter métallique. Le support 14 et en particulier le boulon 26A passant par un trou de la rangée 26 assure la fixation d'une ferrure de maintien 34 à laquelle est fixée par le moyen 38 la partie aval de la garniture. -Les tores 15, 16 sont, par exemple, formés de tubes de fibres de verre, de carbone ou de polyamide bobinées, liées par une résine polymérisable. Les supports 17 sont prévus en titane mais peuvent être en un matériau composite. la garniture, selon l'exemple, présente dans le sens de l'écoulement de la veine d'air: - une partieproche de l'entrée, portant des perforations et faisant office d'amortisseur acoustique; -une partie correspondant à la zone A dans laquelle est prévue un logement recevant un anneau en matériau abradable. Cet anneau est par exemple constitué d'un nid d'abeilles fixé dans une virole en résine synthétique renforcée de fibres de verre; -une partie correspondant à la zone B en prolongement aérodynamique de l'anneau abradable dont la paroi extérieure s'appuie sur la ceinture de rétention ou au moins sur les supports 14; -une partie correspondant à la zone C, prolongeant aérodynamiquement la partie B, s'appuyant sur la ferrure de maintien 34 et présentant des perfo- rations ayant une fonction d'amortisseur acoustique et de f'ilet" pour retenir les fragments dvaube dont l'énergie a été amortie dans la zone B. la garniture 7 porte à son extrémité amont une collerette 35 dont la périphérie forme une portée coopérant avec une portée correspondante 36 prévue sur la surface intérieure de l'extrémité amont du carter métallique 6. La garniture est prolongée en aval par le revitement en nid d'abeilles 37 de la paroi du carter métallique servant à l'amortissement acoustique. La garniture constitue un ensemble amo- vible,montable et démontable à partir de J'extrémité amont ou d'entrée du carter de soufflante, maintenue dans la partie amont par trois portées cylindriques 35, 32, 33 de diamètre décroissant d'amont en aval, et dans la partie aval par des vis de fixation 38 sur les ferrures de maintien 34 maintenues à l'une de leurs extrémités par les moyens de serrage des supports 17w la garniture est constituée selon une forme de réalisation par un bobinage de fibres organiques ou minérales telles que du verre, du carbonee du"KBEVIui ou autres, noyées dans une résine synthétique. Selon d'autres formes de réalisation, la garniture comporte une peau intérieure et une peau extérieure metallique ou en fibres fixées sur une structure de remplissage ou de rétention formée de nids d'abeilles ou daun matériau composite résine-charge minérale ou organique, De préferencee cette constitution de paroi de la garniture est utilisée dans les zones devant assurer une fonction de rétention et/ou d'amortissement acoustique, REVENDICATIONS 1. Carter de rétention pour soufflante ' de turboréacteur, ledit carter comportant, Lace à la zone balayée par le rotor, un anneau d'étanchéité et une structure de rétention susceptible d'arrAter l'aube ou la-partie d'aube cassée et de l'évacuer, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un ensemble comportant au moins un carter extérieur (6) métallique et une garniture interne (7) en matériau composite, concentrique, amovible, frettée au moins partiellement dans le carter, ledit ensemble présentant dans le sens d'écoulement de la veine d'air au moins trois zones (A, B, C) de caractéristiques de rétention différentes, la première zone (A) entourant l'aubage rotorique de la soufflante. 2. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - la première zone (A) est formée, en allant de l'intérieur vers l'extérieur, de l'anneau d'étanchéité (8) fixé dans un logement prévu dans la paroi de la garniture (7), de la paroi de la garniture dans laquelle est fixé l'anneau d'étanchéité, d'une partie de la paroi du carter métallique (6), d'un anneau de rétention (12) en fibres à haute résistance bobiné sur au moins une partie de la surface extérieure du carter métallique; - la deuxième zone (B) est formée, en allant de l'intérieur vers l'extérieur, d'une partie (13) de la paroi de la garniture interne (7), d'une ceinture de rétention (14), d'une partie (18) de la paroi du carter métallique (6); la troisième zone (C) est formée, de l'intérieur vers l'extérieur, d'une partie (19) de la paroi de la garniture (7), d'un espace annulaire vide(20) et d'une portion (21) du carter métallique (6). 3. Carter selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ceinture de rétention (14) est constituée d'au moins deux tores (15, 16) fixés sur la surface interne de la paroi du carter métallique (6) par des supports (17). 4. Carter selon la revendication 3, caractérisé en ce que les supports (17) ont une section approximativement trapézoïdale, dont la grande base, curviligne, porte deux échancrures, destinées à loger les tores, définissant deux pattes obliques et une patte centrale. 5. Carter selon la revendication 4, caractérisé en ce que les pattes des supports sont munies de trous susceptibles de coopérer avec des moyens de serrage (25A, 26A, 27A) traversant la paroi du carter métallique (6) et maintenant éventuellement des ferrures de fixation (29, 30) des accessoires et auxilliaires disposés à l'extérieur du carter. 6. Carter selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la garniture interne (7) est maintenue dans le carter en amont par trois portées cylindriques (32, 33, 35) de diamètre décroissant d'amont en aval et en aval par des moyens de fixation (38) sur des ferrures de maintien (34), elles-mêmes maintenues à l'une de leurs extrémités par un des moyens de serrage (26A) des supports (17). 7. Carter selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la garniture interne (7) est formée d'un bobinage de fibres organiques ou minérales noyées dans une résine synthétique. 8. Carter selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter métallique (6) porte sur sa surface extérieure des nervures circu- laires (10, 11, 22, 23, 24). 9. Carter selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'anneau de rétention (12) est maintenu entre deux nervures circulaires (10, 11) prévues sur la surface extérieure du carter métallique (6). 10. Carter selon l'une des revendications préc4dentes, caractdrisé en ce que la partie de paroi du carter métallique (6) correspondant aux première et deuxiime zones (A, B) a une épaisseur supérieure à celle des autres parties du carter.