Brevet FR2606071A1 — publié le 19880506

DESCRIPTION La présente invention concerne la réalisation des étages de stator de compresseurs de turbomachines, du genre comportant un ensemble d'aubes fixes régulièrement réparties entre une couronne interne et une couronne externe. Un des soucis des constructeurs de moteurs d'avions est d'obtenir des gains de masse importants et pour y parvenir, on cherche à simplifier chaque pièce des turboréacteurs prises séparément, ou à la réaliser dans des matériaux légers tels que les alliages légers à base d'aluminium ou les matériaux composites à base de fibres minérales ou organiques. Ces recherches ont amené à réaliser des sous-ensembles dans lesquels les matériaux sont de diverses natures. Ainsi par exemple pour les compresseurs de turbomachines, on est amené à utiliser des aubes métalliques ou à base d'aluminium avec des viroles en titane ou en matériau composite. On a par ailleurs cherché à simplifier la fabrication des aubes de compresseurs en réalisant des aubes filées ou forgées sans plateforme sur lesquelles on vient par la suite souder une plateforme rapportée. Une telle solution est montrée dans le brevet US 2 912 222. Toutefois une telle solution ne résout pas le problème précédemment exposé car il ne permet pas la mixité de matériaux entre l'aube et sa plateforme puisqu'il faut une compatibilité de matériaux permettant le soudage ou le brasage des matériaux entre eux. Faute d'une telle liaison soudée, on ne résoudrait pas le problème supplémentaire du verrouillage radial d'une aube filée ou forgée sans plateforme lors d'un choc accidentel dû par exemple à l'ingestion d'un corps étranger, tel qu'un oiseau. La présente invention se propose de résoudre ce problème du verrouillage radial d'une aube filée ou forgée sans plateforme tout en permettant un panachage de matériau propre à l'allègement de la structure du compresseur. L'invention propose également d'amortir dans de tels montages, les vibrations engendrées par les pièces de différentes natures assemblées entre elles. Un exemple d'un tel amortissement est montré dans le brevet GB 2 043 798 mais il concerne des aubes filées ou forgées que l'on encastre dans une virole circulaire sur laquelle on les soude afin de reconstituer une plateforme délimitant la veine, tandis qu'un matériau d'amortissement tel qu'une tresse métallique est comprimé entre la virole et le carter pour assurer l'amortissement de vibrations et pour encaisser partiellement les chocs en cas d'ingestion. L'invention vise donc à simplifier grandement des montages de compresseurs de genre analogue en supprimant toute opération de soudage ou de brasage des aubes sur la virole. Afin d'obtenir ces buts, un étage de compresseur de turbomachine du genre, défini ci-devant est caractérisé en ce que la couronne externe comporte une gorge circulaire radialement intérieure recevant une cartouche lisse percée d'encoches à bord évasés vers l'extérieur dans lesquelles sont glissées des aubes lisses sans plateformes, chaque aube comportant sur les deux faces de sa partie radialement externe des tétons tronconiques coopérant avec deux fraisages tronconiques correspondants des encoches de la cartouche pour assurer le verrouillage radial de l'aube en cas de choc. Dans un mode de réalisation, l'amortissement des vibrations est réalisé par le fait que les aubes comportent un joint élastomère surmoulé sur la pale de l'aube et collé dans les encoches de la cartouche lors du montage des aubes. Selon un autre mode de réalisation, pour réaliser l'amortissement,Les intervalles entre les aubes et les bords des encoches de la cartouche sont remplis sous pression d'un matériau polymère à base de silicone à dureté élevée. L'invention a également pour objet un stator de compresseur constitué d'une succession d'étages dont les couronnes externes comportent des cartouches telles que précédemment décrites et telles que les couronnes externes successives sont liées entre elles par des brides circulaires vissées, la partie aval de chaque couronne amont comportant un dégagement formant pour partie la gorge circulaire de la couronne aval à laquelle elle est liée. D'autres caractéristiques de l'invention seront détaillées dans le complément de description qui va suivre en référence aux dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 représente en demi-coupe axiale les quatres premiers étages de stator d'un compresseur basse pression incorporant les caractéristiques de l'invention ;; - la figure 2 montre une vue de dessus d'un secteur de cartouche selon l'invention, transversalement à l'axe longitudinal du moteur - la figure 3 montre, suivant une section selon III de la figure 1, un secteur de grille d'aubes de stator - la figure 4 montre en vue de dessus de la grille d'aubes du premier étage du compresseur et la figure 5 en est une section selon V de la figure 4 - la figure 6 montre en perspective une aube comportant un téton tronconique selon l'invention et la figure 6a en montre une variante d'éxécution, les deux formes de tétons représentés constituant des moyens de verrouillage radial des aubes en cas de choc par ingestion. Le stator de compresseur basse pression représenté à la figure 1 comporte un carter 1 qui peut être un carter externe ou un carter intermédiaire selon que l'invention est appliquée à un turboréacteur simple flux ou double flux. Dans ce dernier cas le flux principal traverse le compresseur BP selon le sens de la flèche F1 tandis que le flux secondaire passe au delà du carter intermédiaire suivant le flèche F2. Les étages d'aubes de stator du compresseur BP sont disposés entre des couronnes internes 2 et des viroles externes, respectivement 3,4,5 et 6 en métal léger par exemple en alliage d'aluminium , dont les bords amont et aval à l'exception de la première virole 3 et de la quatrième 6, se surperposent à la manière de tuiles. La virole 3 (voir aussi les figures 4 et 5) comporte un bord amont 7 qui s'encastre dans une gorge annulaire 8 du bec du carter 1. Ce bord amont est suivi d'une partie massive 9 comportant des découpes 10 dans lesquelles on encastre les têtes d'aubes 11 avant de sceller ces dernières dans les découpes au moyen d'un joint polymère 12. La section aval de la virole 3 comporte sur son bord aval une bride 13 destinée à s'associer par vissage à une bride interne 14 du carter 1 et à une bride amont 15 de la virole 4. Les viroles 4,5 et 6 comportent toutes trois des brides amont 15 et des brides aval 16, les viroles 4 et 5 comportant des bords aval 17 qui viennent s'engager circulairement sous les brides 15 des viroles respectives 5 et 6. Les viroles 4,5 et 6 comportent des gorges circulaires radialement internes 18 limitées en amont par le bord aval 17 des viroles respectivement 3,4 et 5 qui les précèdent immédiatement en amont. Les gorges internes 18 reçoivent chacune une cartouche lisse 19 réalisée en matériau léger par exemple en titane ou en matériau composite et qui est percée d'encoches oblongues 20 (voir ausi figures 2 et 3). Au milieu de la longueur des encoches 20 et sur la mihauteur radialement externe de la cartouche 19, sont usinés face à face des fraisages 21 comportant une face interne 22 semi-tronconique. Les aubes 23 comportent sur les bords radialement externes de chacune de leurs deux faces des tétons semitronconiques 24 (voir aussi figure 6). Par ailleurs, les aubes 23 peuvent être des aubes lisses, donc à section constante hormis la présence des tétons 24, donc sans pied ni plateforme ni autre surépaisseur. Dans une variante de réalisation (figure 6a) les tétons 24' peuvent être de forme trapézoldale, leur petite base étant orientée vers l'axe du moteur et leur-grande base vers l'extérieur. Les aubes sont glissées dans les encoches 20 des cartouches 4,5,6 par l'extérieur, puis de façon classique dans les couronnes internes 2, l'encastrement total des aubes dans les couronnes externes étant réalisé lorsque les parois tronconiques des tétons 24 sont en appui sur le fond tronconique 22 des fraisages 21 et que l'extrémité radialement externe 25 de l'aube affleure le bord externe de la cartouche. L'intervalle entre les aubes 23 et les bords des encoches 20 des cartouches 19 est alors rempli sous pression d'un matériau polymère 26 à dureté élevée. Selon une variante d'éxécution, au lieu d'injecter le matériau polymère après montage des aubes, on peut utiliser des aubes possédant en tête des striures sur lesquelles on vient surmouler par injection un enrobage élastomère (lui aussi référencé 26). Au montage, l'enrobage élastomère 26 des aubes ainsi réalisées sera alors collé à l'intérieur des encoches 20 des cartouches. Le joint élastomère 26 remplit ici une triple fonction, à savoir de verrouiller les aubes en place, d'amortir les vibrations et de constituer les parois délimitant la veine de fluide à la jonction des aubes et des cartouches. Les viroles 3,4 et 5 peuvent comporter sur leur paroi interne une seconde gorge 27 qui sera remplie sous pression d'un matériau abradable destiné à assurer l'étanchéité entre les viroles externes et les aubes de rotor formant chaque étage du compresseur. Le montage des étages des stator ainsi décrit s'effectue de la façon suivante. On réalise les grilles d'aubes par assemblage des aubes 11 ou 23 dans les encoches de leurs viroles et cartouches externes respectives 3,4,5 et 6 et dans leurs couronnes intérieures 2. On met en place la grille d'aube du premier étage en glissant le bord amont de la virole 3 dans la gorge 8 du bec de carter. On positionne la cartouche 19 du deuxième étage de stator dans son logement 18 et on le verrouille circulairement au moyen d'un pion de blocage 30 vissé dans un taraudage d'un bossage 28 de la virole 4 et coopérant avec un perçage radial 29 de la cartouche 19 (il en sera de même pour les viroles 5 et 6). La virole 4 portant sa grille d'aubes est alors vissée par les brides 14,15,16 à la fois sur la virole 3 et sur le carter 1. On monte successivement les viroles 5 et 6 de la même façon l'une à la suite de l'autre. On voit qu'un tel assemblage présente de nombreux avantages. Tout d'abord, il permet de réaliser de façon très simple des stators à aubes lisses, filées ou forgées sans plateforme tout en assurant une rigidité correcte de montage et une grande résistance aux chocs dûs aux ingestions d'objets, grêlons, oiseaux, etc..) puisque les aubes sont maintenues radialement vers l'extérieur par le fond de la virole externe et vers l'intérieur par les tétons 24 (ou 24') qui empêchent toute sortie des aubes de leur encoche. Ensuite, la présence d'un joint élastomère entre les aubes et les cartouches assure l'amortissement des vibrations des aubes. D'autre part le procédé même de montage permet de réaliser des stators "composites" car il permet d'utiliser des matériaux de différentes natures pour chaque composant, puisque est évité tout soudage ou brasage de matériaux. On peut donc utiliser pour chaque composant le matériau le mieux adapté pour ses bonnes conditions d'usinage ou de résistance. Ainsi on peut réaliser des aubes en alliages d'aluminium ou en titane aisément forgeables, des cartouches en matériaux composites facilement réalisables par bobinage ou nappage et dont l'estampage des encoches est aisé. Enfin le procédé d'assemblage des aubes sur les cartouches ainsi décrit permet d'utiliser des tolérances plus larges pour l'estampage des encoches des cartouches, que dans l'état de la technique connu où le soudage (ou le brasage) des aubes sur les viroles externes nécessitait une tolérance serrée sur l'estampage pour assurer une bonne tenue mécanique de la liaison soudée. REVENDICATIONS 1. - Etage de stator de compresseur de turbomachine du genre comprenant un ensemble d'aubes fixes régulièrement réparties entre une couronne interne et une virole externe caractérisé en ce que la virole externe (4,5 ou 6) comporte une gorge circulaire (18) radialement intérieure recevant une cartouche lisse (19) percée d'encoches (20) à bord évasés vers l'extérieur dans lesquelles sont glissées des aubes lisses (23) sans plateforme, chaque aube comportant sur les deux faces de sa partie radialement externe des tétons tronconiques (24,24') coopérant avec deux fraisages tronconiques (21) correspondants des encoches (20) de la cartouche (19) pour assurer le verrouillage radial de l'aube en cas de choc. 2. - Etage de stator de compresseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites aubes comportent un joint élastomère (26) surmoulé sur la pale de l'aube et collé dans les encoches (20) de la cartouche (19) lors du montage des aubes. 3. - Etage de stator de compresseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les intervalles entre les aubes (23) et les bords des encoches de la cartouche (19) sont remplies sous pression d'un matériau polymère (26) à base de silicone à dureté élevée. 4. - Etage de stator de compresseur selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la virole externe (4,5 ou 6) comporte au moins un pion vissé (30) de blocage circulaire de la cartouche coopérant avec un perçage radial de ladite cartouche. 5. - Stator de compresseur constitué d'une succession d'étages dont les viroles externes (4,5,6) comportent des cartouches selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les viroles externes successives sont liées entre elles par des brides (15,16) circulaires vissées, la partie aval (17) de chaque virole amont comportant un dégagement formant pour partie la gorge circulaire (18) de la virole aval à laquelle elle est liée. 6. - Stator de compresseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque virole externe (4,5 ou 6) comporte une seconde gorge (27) radialement interne disposée entre la première gorge et le dégagement aval de la virole, ladite seconde gorge étant remplie d'un matériau abradable. 7. - Stator de compresseur, selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que les aubes de chaque étage sont encastrées en pied dans une couronne interne (2)