Brevet FR2578291A1 — publié le 19860905

L'lnvention e pour objet un système dÈ reLgsEa d? l'espce libre da tâte à pale pour moteurs à turbine à gaz. L'innrtion concrns plus p. articulièrement un systeme àa rglegs da l'espaoe libre de tête de pale Èans das cmprscurs hkute pression d moteurs e turbine e gaz. !Les compresseurs et 7es turbines Os mesurs turbine a rE comportent un ou plusieurs rotors portent uns pluralt b posles raear ot un staer les enveloppant. Les êtes pale de rotor seont sàpar:% à 6]6 n's e crîs,' forme n t uns pesrti dus stator par un space libre, mais durïnt le &; n ne u Ln û otàur turbine à g st ospEac libre peut varier cos' rsiem lnt, et ussi bien s3 r.drUi su soint qu'Il s prcduiss des frottements 1i O entre Ics palse d. rete sr lele cw, qu3 S dilter krgesrc-nt, s qui ruuit l'ef ficcté du moteur à t.urbins e O. Il est sousibo s.r c 1wr D n pra d-, à pr zr mainteanir un Gspec libre Gussi àtroit que possible entre 1.- têtes È pusle È3 rrtr,st lGs Cl msnt s à c:rànEa. I1 est érûl-rnent ouha bt d sr.ntir is5, 3 Èt s t rnsitrs m oïsur, 'st--dir dunt lGs ooecléraiUons s lCw % -D icoretiin 6k F3 paies C-D R:erottont pEs3 eontra ls 6làme tts s carénege, préoeuQie n qui a pzUr ehnr$J. oenter l'pes sl bre an fonctionnement stabi lisé. En l'nc ionrnmeitLn o-.,r p 'a S p pcur u reisans: premièrement, sus l'effet des forces oentrifu,;, piaro qu'i/ est mntraire an rûtatiîo à dc vità- trs àlevks; deuxièmement, sus l'oeusït _de la dilatiation, a osus sa i7 chlaleur du fluida moteur qui pssa à travers le comnpresEsur. Le SPtator, cspendant, qui est stationnaire, ne n'expanse quo sous l'effat de la dilatetion prov-,u piar la chaleur du fluide moteur. I1 feut règl er l'expansion du stator de façon à garentir un espace libre minimal pour éviter les frottements durant les états transitoires. 2 5 La présente inv6entoni a pour objet un système da rgla. des l'espac& libre de tête de pale qui garantisse un espace libre minimal entre les pales da rotor et les éléments de carénage durant le fonctionnement normal du moteur en croisière, et qui maintiennent un espace libre adéquat durant les états transitoires du moteur afin d'empêcher le frottement entre les pales de rotor et les éléments de carnage. 3 o A cet effet, la présente invention a pour objet un système de réglage à l'espace libre da tête de pale pour un compresseur de moteur a turbine à gaz comportant un rotor et un stator, le rotor comprenant au moins un ensemble oirconférentiel de pales de rotor rayonnant vers l'extérieur, le stator comprenant un carter ayant une surface intérieure, une paroi cylindrique étant séparée de la surface intérieure du carter pour former une chambre, les 3 5 extrémités axiales de la paroi faisant joint avec le carter mais étent mobiles redialement par rapport au carter, ie carter comportent des butées radiales intérieures et des butées radiales extérieures pour limiter le mouvement radial de la paroi cylindrique, un anneau d'éléments de carénage étant supporté par la paroi cylindrique, délimitant le trajet du flux du compresseur et étant maintenu écarté radialement des pales de rotor par un espace libre, des moyens pour faire varier la pression dens le chambre, la chambre étant, en fonctionnement, reliée à une alimentation en fluide à relativement haute pression pour contracter radialement la paroi cylindrique contre les butées radiales intérieures pour ménager un espace libre optimal durant le fonctionnement normal du moteur à turbine à gaz, et la chambre étant reliée à une alimentation en fluide à relativement basse pression durent les états transitoires du moteur à turbine à gaz pour permettre à la paroi de s'expanser radialement sous l'effet de la tension circulaire, jusqu's ce qu'elle vienne buter contre les butées radiales extérieures, afin de maintenir un espace libre approprié pour empêcher qu'il ne se produise des frottements entre les éléments de carénage et les pales de rotor. La paroi cylindrique peut porter au moins un ensemble circonférenciel d'aubes de stator rayonnant vers l'extérieur, les aubes de stator étant séparées radialement du rotor par un espace libre et alternant axialement avec les pales de rotor, le mouvement radial de la paroi cylindrique déterminant l'espace libre entre les aubesdestator et le rotor. Le (ou les) ensemble(s) d'aubes de stator rayonnant vers l'extérieur peut (peuvent) être porté(s) par les éléments de carénage et ne faire qu'une pièce avec eux. La paroi cylindrique peut comporter au moins deux jeux espacés axialement de crochets espacés circonférenciellement; les éléments de carénage peuvent comnporter au moins deux jeux espacés axialement de crochets espacés circonférenciellement, les crochets disposés sur la paroi cylindrique et sur les éléments de carénage s'engageant (se degaent) par suite de la rotation des éléments de carénage et de la paroi cylindrique les uns par rapport aux autres. Les butées intérieures radiales peuvent comporter des épaulements sur des parois 2 5 radiales fermant une partie du carter, au moins un épaulement comportant des doigts axiaux qui s'engagent dens les espaces circonférenciels situés entre les crochets engagés sur la paroi cylindrique et sur les éléments de carénage pour empêcher la rotation de la paroi cylindrique et des éléments de carénage les uns par rapport aux autres. Les moyens pour faire varier la pression dens la chambre comportent un clapet qui-, soit alimente la chambre en air à relativement haute pression provenant de l'extrémité d'aval du compresseur par une canalisation afin de contracter la paroi cylindrique contre les butées radiales intérieures, soit alimente la chambre en air à relativement basse pression par une canalisation et un orifice du carter extérieur afin d'expanser la paroi cylindrique en direction des butées radiales extérieures. L'orifice du carter extérieur met la chambre en communication avec l'air du conduit de soufflante ou avec de l'air à la pression atmosphérique. Le compresseur peut être un compresseur haute pression. La présente invention va maintenant être décrite plus en détail, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un moteur à turbine à gz représentant un compresseur comportant un système de réglage de l'espeae libre de tête de pole selon la présente invention; la figure 2 est une vue agrandie du comprezur et du système de réglae c l'expace libre de tête de pale représentés sur la figure 1; la figure 3 est une vue agrandie du compresseur et d'un autre mode de rblisation du système de réglage de l'espace libre de tête de pale représenté sur la figure 1; 1 0 la figure 4 est une vue en coupe à une échelle agrandie le long de la ligne A-A A la figure 2; la figure 5 est une vue en coupe le long de la ligne B-B de la figure 4;et la figure 6 est une vue en coupe le long de la ligne C-C de la figure 4. La figure 1 représente un moteur à turbine à gCe 10 qui c p inrte, aligns d s le sens 1 5 du flux, une cmission 12, une soufflente 14, un cmpraeXu 1', une cheabre de combustion 20, une turbine 22 et une tuyère d'hsppemnt 24. Il comporte égalemont un conduit de soufflrnte 16. Le mpresesur 18 comporte un carter extérleur 26 et un rotor 28 portant plusieurs ensembles circonfirenciels axialement espars d pales 30 da rotor rayonnant vers l'extérieur. Un stutor 32 est sépar redialement des pales de roter 30 par un espace libre et porte plusieurs ensembles circonférniels, espacs axialement, d'Eubes 34 de stator rayonnant vers l'intérieur. Les pales 30 de rotor et les aubes 34 de stator alternent axialement. Le stator 32 est représsnté plus précisément sur les figures 2, 4, 5 et 6, et comporte un carter intermédiaire 96 qui supporte des carters intérieurs 44 et 46. Les parois cylindriques 40 et 42 sont especes radialement des surfaces Intérieures des carters intérieurs 44 et 46 respectivement pour former des chambres 48 et 50 respectivement. Le carter intérieur 44 comporte des parois radiales 52 et 54 à ses extrémités axiales, lesquelles font joint avec les extrémités axiales de la paroi cylindrique 40, mais permettent à la paroi cylindrique 40 ie bouger radialement. Les parois radiales 52 et 54 ont des épaulements 56 et 58 respectivement qui s'étendent axialement pour former des butées intérieures radiales sur lesquelles la paroi cylindrique 40 peut prendre appui, et le carter 44 comporte un certain nombre de butées 60 radiales extérieures, espacées axialement, faisant saillie sur sa surface intérieure. Le paroi cylindrique 40 porte un anneau d'éléments de carénage 36, la paroi cylindrique 40 comportant des crochets 72 espacés axialement qui coopèrent avec des crochets 74 espacés axialement fixés aux éléments de carénage 36. Les crochets 72 et 74 ne sont pas contigus clrconférenciellement, mais sont espacés circonférenciellement sur la 4 2578291 paroi cylindrique 40 et sur les éléments de carénage 36 respectivement, de façon que les éléments de carénage 36 puissent être insérés axialement dans la paroi cylindrique 40 et puissent se déplacer en rotation de façon que les crochets 72 et 74 s'engagent les uns dans les autres. Pour empêcher la rotation des éléments de carénage 36 lors du fonctionnement, l'épaulement 56 de la paroi radiale 52 est muni de doigts 57 s'étendant axialement qui pénètrent circonférenciellement entre les crochets adjacents engagés 72, 74. Les éléments de carénage 36 comportent des parties de carénage espacées axialement a, 35b, et 35c, qui sont séparées radialement des pales de rotor 30a, 30b et 30c respectivement par un espace libre étroit. Les éléments de carénage 36 supportent également 1 o des aubes de stator 34a, 34b et 34c, qui alternent axialement avec les parties d'éléments de carénage 35a, 35b et 35c, et ne forment qu'une même structure avec elles. Les éléments de carénage 36 comportent également des pièces 76 radiales disposées entre les crochets 74 espacés axialement pour servir également de support aux élément de carénage 36 et pour limiter la flexion de la paroi cylindrique 40. Le carter intérieur 44 comporte un orifice 88 et une canalisation 90 s'engage dans l'orifice 88 avec lequel elle fait joint pour alimenter en fluide la chambre 48. La canalisation passe à travers une ouverture 98 pratiquée dans le carter intermédiaire 96 et est reliée à une canalisation 102. La canalisation 102 est reliée par un clapet 104 et à une canalisation 108 d'alimentation en un fluide à relativement haute pression provenant de l'extrémité d'aval du compressseur, et à une canalisation 106 qui est en communication, par l'orifice 1 10 pratiqué dans le carter extérieur 26, avec de l'air à la pression atmosphérique ou avec l'air du conduit de soufflante. Le carter intérieur 46 a des parois 62 et 64 à ses extrémités axiales qui font joint avec les extrémités axiales de la paroi cylindrique 42, mais autorisent.la paroi cylindrique 42 à bouger radialement. Les parois radiales 62 et 64 comportent des épaulements 66 et 68 respectivement, qui s'étendent axialement pour former des épaulements radiaux intérieurs sur lesquels la paroi cylindrique 42 peut prendre appui, et le carter 46 comporte un certain nombre de butées 70 radiales extérieures espacées axialement faisant saillie sur sa surface intérieure. La paroi cylindrique 42 supporte également un anneau d'éléments de carénage 38, la paroi cylindrique 42 comportant des crochets espacés axialement 82, lesquels coopèrent avec des crochets 84 espacés axialement disposés sur les éléments de carénage 38. Les crochets 82 et 84 sont espacés circonférenclellement sur la paroi cylindrique 42 et sur les éléments de carénage 38 respectivement de façon que les éléments de carénage 38 puissent pénétrer 3 5 axialement dans la paroi cylindrique 42 et bouger en rotation pour que les crochets 82 et 84 s'engagent les uns dans les autres. Pour empêcher la rotation des éléments de carénage 38, l'6paulement 66 de la paroi radiale 62 est muni de doigts 67 axiaux qui pénètrent circenférenciellement entre les crochets 82, 34 engags Ecents. Les éléments de carénap 38 compertent des portions ds coréns; spEpcss exialement b et 35e, qui sont sperée rdiglerment des pole da rotor 30d t 30Se respectivement par un espace libre étroit. Les éléments carn n, 38 supportnt glement ds cubes do stator 34d qui sont dispcss axialemk ont entre les portions da aMrEna.s 35d et 35e, et na forment qu'una nime structure avec l es. La carter intériour 4G comport e mnt un orifice 92 et une cnalisotion 94 pénètr cdans cet oriffce 92 on y a'iqsnt joint psr alimenter la ch ambre 50 an fluids. La 1 0 cenali-3tion 94 paes à travers un ritics 1 00 pratiquà dans le crerb intermédiaire 96 et est également reliié la canoakitkn i 02. En fînctionnement, e claPt 104 ateriS3 un gluid&s à relativeamrnt haub pression à peeser de la mna'iaton 10 È,]o chbi - d 48 per les cenelstdions 102 et 90 et dúnS la chlmbre 50 per ls c nale3 fstl b 1 02 ri 95 . Lr fuidl à raUlcivr.nt UbUte preston pràiet 1 5 dens e-s chgsrrbres 40 È.Q0 cdt sur k- cre7o /'n&riqu? 40 et 42 rcspsctivsogont, ot centPr cte l-e. -ns prr y,/nriîis s 40 et 4= rr-d.ioln n'. cur Le bu. 3s retdiale intarigures 56? 58 et 66, 68 rEmvcni' unN Mur: i -: s- un ip,, a libre optimal entre les portions de icr-nog 35a, a Sb7, 35C, @' 'Sgoe]G plei, CeJD rotor 30o, 30b, 30c, 30d et 30o repectivement, psAsnt' le fo sti nnsment srms9:u moe ur à turbinre à gz o's- o-diro on 2 0 croisière. Le clapet 104 cmupe i'alimenteton chuombres 48 et S0 en fluido b relativement haute pression, et permret au fluie présent d2ns les chaembres 4 et 50 de s'eooular par les canalisations 90 et1 102 et pr ls cnliton 9 1 t 02 respectivement, à travors le clapet 104, dans la ccnalisation 106 débcuchant par l'orifica 110 sur l'atmosphère. Dès que les chambres 48 et 50 sont en communication avec l'atmosphère, le fluids s'éule vers l'atmosphère et la pression dans les chambres 48 et 50 dininua, ce qui parmet aux parois cylindriques 40 et 42 respectivement ds s'expanser redialeiment sous l'effet da la tension circulaire jusqu'à ce qu'elles viennent buter contre les butées radiales extérieures 60 et 70 respectivement, de façon à mairnenir un espace libre edéquat entre les portions ds carénage et les pales de rotor pour empêcher le frottement durant les règimes transitoires du moteur. Le système de réglage de l'espace libre de tête de pale décrit peut provoquer une amélioration de la consommation de carburant spécifique (specific fuel consumption, i.e., SFC), par comparaison avec les systèmes de réglage de l'espace libre de tête de pale du type thermique, c'est-àdire les systèmes utilisant de l'air ou des gaz fournis par le 3 5 compresseur, la chambre de combustion, ou la turbine, pour réchauffer ou pour refroidir les éléments de carénage de compresseur. La consommation spécifique de carburant est améliorée, car la présente invention utilise des quantités d'air relativement faibles provenant du moteur pour contracter les parois cylindriques sous l'effet de la pression en comparaison des quantités d'air ou de gaz relativement importantes qui sont utilisées pour réchauffer ou refroidir le carénage continuement avec le système thermique. Un dispositif de canalisation plus simple pour l'air destiné à faire se contracter la paroi cylindrique est nécessaire, ainsi que des canalisations plus étroites, et en moins grand nombre, ce qui réduit la complexité et le poids. Le système de réglage de l'espace libre de tête de pale a un taux de réponse rapide et, dès que le fluide haute pression présent dans les chambres 48 et 50 est mis en communication avec l'atmosphère, les parois cylindriques s'expansent Immédiatement vers les butées radiales extérieures 60 et 70 respectivement. Les butées radiales intérieures et extérieures peuvent être usinées de façon que l'augmentation de l'espace libre de tête de pale soit précis, alors que les systèmes thermiques sont imprécis. Le mode de réalisation représenté sur la figure 3 est similaire à celui qui est 1 5 représenté sur la figure 2 et fonctionne de la même façon, mais la paroi cylindrique 44 supporte un anneau d'éléments de carénage 36 qui comporte des portions de carénage 35b et c, espacées axialement, et des aubes de stator 34b et 34c alternant avec les portions de carénage pour former une même structure. La tôle 35a et les aubes 34a ne sont pas supportées par la paroi cylindrique. Cela a pour effet de réduire la longueur axiale de la paroi cylindrique 44 et d'en diminuer la flexion. Un autre avantage du dispositif représenté est que les portions de carénage ne sont pes les seules à s'écarter des pales, mais les extrémités intérieures des aubes du stator sont également écartées radialement du rotor pour prévenir le frottement entre les aubes et le rotor. REVENDICATIONS 1. Système de réglge de l'espEce libre de tte d pale d'un compreseur dun moteur à turbine à gaz comportant un rotor et un statur, le rotor comprenant une pluralité de pales de rotor rayonnant circonférenciellement, l stator comportnt un carter ayant une surfîe intérieure, une proi yindriQue mtant ainbnu asrt.s do la surfea intérieure du c3rter pour former urna chanibro, un anna3u d'àl nmentes os rea tent supporté par la paroi cylindrique, d-limoiftnt 'le trojt du lux d dos frettemants entre 1 slaments de 3rnse (36 e t les pale de roter (30). 2. 3ystèyt de rPglcEg d? l'Uspre 'bra d tfte db pale dun cm,,upressur d'un mnOteur à turbine à gaz alon la revcndication 1, DCsrtOrba an e quo io paroi cylindriqua (40) supporte au rmoins un enemrible Oirc. nfIreno1 d'aub3s (.34) da stator r yonnEnt vers l'intérieur, les aubts (34) de soator à nt epea r.dialemannt du rotor par un.spoac libre et alternant 3xialement avec les pales (30) de roter, un mouvement ra ial de le paroi cylindrique (40) déterminant l'espace libre entre ls aubes (34) de stator et le rotor. 3. Système de rglage de l'epece libr de tête de pale d'un compressaur d'un moteur à turbine à gaz selon la revendicetion 2, caractérisW en eo que le (ou les) ensemble(s) d'aubes (34) de stator est (sont) porté(s) par les lérnnits d carénage (36) et no forment qu'uns même structure avec elles. 4. Système de regla&e de l'espace libre de tête da pale d'un compresseur d'un moteur à turbine à gaz selon la revendication 1, caractéris en ce quo la paroi cylindrique (40) comporte au moins deux jeux axialement espacs de crochets (82) circonférenciellement 3 5 espacés, les éléments de carénage ( 36) comportant au moins deux jeux axialement espaces de crochets (84) circonférenciellement espacés, les crochets (82, 84) sur la paroi cylindrique a (40) et sur les éléments de carénage (36) s'engageant et se désengageant par suite (run mouvement de rotation des éléments de carénage (36) par rapport à la paroi cylindrique (40). 5. Système de réglage de l'espace libre de tête de pale d'un compresseur d'un moteur à turbine à gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que les butées radiales intérieures comportent des épaulements (56, 58) sur les parois radiales (52, 54) constituant une partie du carter (42, 52, 54), au moins un épaulement (56) comportent des doigts (57) axiaux qui pénètrent dans les espaces circonférenciels situés entre les crochets (82, 84) engagés les uns dans les autres de la paroi cylindrique (40) et des éléments de carénage (36) pour empêcher la rotation de la paroi cylindrique (40) par rapport aux éléments de carénage (36). 6. Système de réglage de l'espace libre de tête de pale d'un compresseur d'un moteur à turbine à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier la pression dans la chambre (48) comprennent un clapet (104) qui, soit alimente la chambre (48) en air à relativement haute pression provenant de l'extrémité d'aval du compresseur par une canalisation (108) pour faire se contracter la paroi cylindrique (40) sur les butées radiales Intérieures (56, 58), soit met en communication la chambre (48) avec de l'air à pression relativement faible par une canalisation (106) et un orifice (110) pratiqué dans le carter extérieur (26) pour faire s'expanser le paroi cylindrique (40) vers les butées (60) radiales extérieures. 7. Système de réglage de l'espace libre de tête de pale d'un compresseur "run moteur à turbine à gaz selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'orifice (106) pratiqué dans le carter extérieur (26) met la chambre (48) en communication avec l'air présent dans le conduit de soufflante ou de l'air à pression atmosphérique. 8. Système de réglage de l'espace libre de tête de pale d'un compresseur d'un moteur à turbine à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compresseur est un compresseur à haute pression.