Brevet FR2607198A1 — publié le 19880527

DESCRIPTION L'invention concerne un carter de compresseur de type axial adapté pour le pilotage actif de ses dilatations et son procédé de fabrication. Un compresseur axial de turbomachine comporte généralement plusieurs étages d'aubes réunis pour former un rotor ainsi que des étages intercalés d'aubes statoriques qui sont solidaires d'une enveloppe externe formant le carter de compresseur. FR-A-2 482 661 fournit un exemple d'une telle réalisation selon laquelle un stator de compresseur comporte un carter à double enveloppe, une enveloppe interne supportant les aubes statoriques, axialement continue, constituée de segments périphériques et une enveloppe externe annulaire, les deux enveloppes étant reliées par des brides radiales. Les aubes sont reliées à leur autre extrémité par une virole interne. L'ensemble de stator est entouré de plusieurs tubes pour l'air de refroidissement. D'autres exemples de réalisation sont donnés par FR-A-2 534 982 et FR-A-2 535 795, selon lesquels les segments cylindriques d'une enveloppe intérieure sont maintenus accrochés à une enveloppe extérieure par des supports, formant un carter de compresseur. Ou encore, FR-A-2 577 282 prévoit une multiplicité de biellettes radiales disposées entre des chapes des enveloppes intérieure et extérieure constituant le carter de turbomachine et articulées au moyen d'un système de broches. Ces solutions antérieures visent également A maintenir un jeu constant et faible entre rotor et stator, quelles que soient les conditions de fonctionnement de la turbomachine et en particulier durant les phases transitoires - 2 (accélération ou décélération) car ce facteur concourt à l'amélioration des performances, du rendement et de la consommation spécifique. Elles présentent toutefois des inconvénients, sans même considérer plus en détails la qualité des résultats obtenus par chacune, car leur mise en oeuvre nécessite en effet la réalisation et l'assemblage d'une multiplicité de pièces et cette complexité a également des répercussions sur les coûts et sur la masse. L'invention vise par conséquent à obtenir ces résultats sans encourir les inconvénients résultant des solutions connues antérieures. Un carter de compresseur du genre précité et conforme à l'invention est caractérisé en ce que la face de la peau intérieure située en regard de la peau extérieure comporte des ondulations circonférentielles et les crêtes des ondulations portent des rangées de colonnettes flexibles solidaires également de la peau extérieure et situées alternativement, dans le sens longitudinal, au droit d'un bord d'attaque et d'un bord de fuite des aubes de stator qui sont solidaires du côté radialement interne de ladite peau intérieure. Avantageusement, la peau intérieure et la virole interne sont constituées d'une multiplicité de secteurs assemblés et chaque secteur comporte des éléments de liaison entre- peaux constitués d'un bloc massif formant un point fixe autour duquel se répartissent les dilatations et de deux lamelles de reprise des couples s'exerçant en fonctionnement. Selon le mode de réalisation, la peau extérieure peut être de forme générale plane ou comporter des ondulations circonférentielles homothétiques de celles de la peau intérieure. -- 3 -- Dans la mise en oeuvre de l'invention, le procédé de fabrication du carter conforme à l'invention comporte une opération de coulée du type connu à la cire perdue permettant d'obtenir soit un carter monobloc, soit deux demi-coquilles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un carter de compresseur conforme à l'invention et de ses variantes, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale par un plan passant par l'axe de rotation du compresseur d'un carter de compresseur selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure la représente une variante de réalisation du carter de compresseur en deux demi-coquilles,représentée en vue perspective; - la figure 2 représente une coupe selon la ligne II-II du carter de compresseur représenté à la figure 1; - la figure 3 représente une coupe selon la ligne III-III du carter de compresseur représenté à la figure 2; - la figure 4 représente une vue en perspective d'une partie de carter de compresseur représenté aux figures 1 à 3. Un compresseur 1 de type axial d'un genre destiné à assurer la fonction de compression dans une turbomachine qui peut être notamment à destination aéronautique est représenté à la figure 1 et se compose, d'une part, d'une partie tournante de révolution constituant un rotor 2, représenté en traits fins et qui ne fait pas partie de l'invention, composé de plusieurs disques 3a, 3b, 3c, 3d, au nombre de quatre dans l'exemple représenté, formant un tambour 3 de rotor et portant chacun un étage d'aubes mobiles, respectivement 4a, 4b,4c et 4d et, d'autre part, d'une partie fixe coopérante constituant un stator ou carter 5 de compresseur, objet de la présente invention. Le carter 5 de compresseur comporte une peau extérieure 6 et radialement espacée en direction de l'axe de rotation du compresseur, une peau intérieure 7. La peau extérieure 6 est monobloc ou, en variante, elle peut être formée de deux demi-coquilles 6a et 6b assemblées longitudinalement par des brides 6c et 6d, comme représenté sur la figure la. La peau intérieure 7 et une virole interne 8 délimitant la veine de circulation des gaz sont constituées de secteurs assemblés pour former une structure annulaire. Un tel secteur 5a est représenté par exemple à la figure 3 et la structure annulaire se compose dans ce cas de huit secteurs, tels que 5a, par exemple et comporte deux rangées d'aubes statoriques 9a et 9b. Dans l'exemple représenté, comportant quatre étages d'aubes statoriques 9a, 9b, 9c et 9d, il y aura par conséquent deux rangées de chacune huit secteurs d'aubes, juxtaposées longitudinalement pour former le carter 5 de compresseur et les étages d'aubes statoriques 9a, 9b, 9c et 9d sont disposés entre la peau intérieure 7 et la virole interne 8. Les bords coopérants 5b et 5c des secteurs 5a ont des profils respectifs en Z tels que représentés à la figure 3. La peau intérieure 7, comme visible sur les figures 1 -5- et 4 présente un profil ondulé sur sa face radialement externe. Le creux 7a d'une ondulation est situé approximativement au niveau du milieu d'un étage d'aubes et la crête 7b d'une ondulation est située approximativement au niveau d'un bord d'aubes. Des rangées de colonnettes flexibles 10 relient la peau intérieure 7 et la peau extérieure 6 et les solidarisent, chaque colonnette étant implantée sur la crête 7b d'une ondulation de la peau intérieure 7 et une colonnette étant par exemple placée au niveau de chaque aube statorique, comme cela est représenté sur la figure 3. Il en résulte que chaque secteur 5a comportant dans ce cas deux rangées d'aubes statoriques porte également quatre rangées de colonnettes 10. Chaque secteur 5a comporte également des éléments de liaison 11 et 12 disposés entre la peau intérieure 7 et la peau extérieure 6. Deux éléments constitués de lamelles lla et llb, orientées l'une dans le sens périphérique et l'autre dans le sens perpendiculaire, longitudinal ou axial par rapport au compresseur assurent une reprise des couples créés par les efforts s'exerçant en fonctionnement et un élément formé d'un bloc massif 12, disposé approximativement au centre du secteur 5a, constitue un point fixe à partir duquel se développent les dilatations en fonctionnement. La peau extérieure 6 est de préférence monobloc. Elle peut présenter une forme de paroi lisse, ordinaire. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, la peau extérieure 6 présente également un profil ondulé dans le sens longitudinal, les ondulations successives étant - circonférentielles. Les colonnettes 10 décrites ci-dessus sont implantées sur la face radialement interne de la peau extérieure 6 dans le creux 6a d'une ondulation. Les ondulations respectives de la peau extérieure 6 et de la paroi radialement externe de la peau intérieure 7 sont - 6 - situées dans un même plan transversal, perpendiculaire à l'axe de rotation du compresseur. La face radialement interne de la peau extérieure 6 est renforcée par des nervures longitudinales 13 visibles par exemple sur la figure 2, en coupe. Côté amont et côté aval, la peau extérieure 6 est limitée par une bride de carter, respectivement 14 et 15, raccordant le carter 5 de compresseur aux carters adjacents de turbomachine au niveau de brides coopérantes 16 et 17 respectivement. L'espace situé entre les deux peaux 6 et 7 du carter 5 est rempli d'un matériau de type céramique 18 qui procure une isolation thermique et remplit également une fonction d'étanchéité entre les secteurs 5a en empêchant des recirculations de gaz entre les peaux 6 et 7 du carter 5 provenant de la veine principale des gaz. Comme il sera décrit plus loin, ce matériau céramique 18 peut provenir d'un noyau de fonderie utilisé dans la fabrication du carter de compresseur 5 lors de la coulée dans un procédé de fabrication en fonderie. Au droit de chaque creux d'ondulation de la face externe de la peau extérieure 6, est disposé un tube perforé 19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g entourant circonférentiellement le carter 5, alimenté en air de manière connue et placé à une distance permettant l'impact de jets d'air sur la surface externe du carter 5. On va maintenant décrire un procédé de fabrication selon l'invention, adapté pour la réalisation du carter de compresseur 5 qui vient d'être décrit. L'ensemble du carter 5 constitué par la peau extérieure 6, la peau intérieure 7, les colonnettes 10 et les éléments de liaison 11 et 12, les aubes statoriques 9a, 9b peut être obtenu monobloc par un procédé de fonderie du type coulée 2607 1 98 -7- à la cire perdue. Les modèles en cire des peaux 6 et 7 sont alors séparés par un noyau de type céramique. Ce noyau comporte des canaux radiaux, ménagés pour le passage du métal fondu destiné à constituer les aubes statoriques. Le métal solidifié dans ces canaux doit constituer les colonnettes 10 et les éléments de liaison 1! et 12 entre la peau intérieure 7 et la peau extérieure 6. Les techniques connues habituelles de mise en oeuvre d'un procédé de coulée à la cire perdue, enrobage dans une carapace de matériau réfractaire puis élimination de la cire, sont appliquées. Lorsqu'un ensemble monobloc est obtenu en fonderie, des découpes longitudinales sont effectuées en vue d'obtenir deux demi-coquilles pour l'assemblage final du compresseur entre rotor et stator. En variante du procédé de fabrication, l'ensemble peut être obtenu par fonderie en deux demi-coquilles. Dans tous les cas, des découpes en secteurs 5a sont effectuées au niveau de la peau intérieure 7 et de la virole interne 8 réunissant les extrémités d'aubes statoriques. Ces découpes peuvent par exemple être effectuées selon un procédé de découpe au fil par électro- érosion, en appliquant des techniques connues en soi. - 8- REVENDICATIONS 1. - Carter de compresseur de type axial adapté pour le pilotage actif de ses dilatations d'un genre à double peau et portant des étages d'aubes statoriques dans une veine de circulation des gaz délimitée par une virole interne (8), associé à des rampes extérieures (19a à 19g) de refroidissement par jets d'air, caractérisé en ce que la face de la peau intérieure (7), située en regard de la peau extérieure (6) comporte des ondulations circonférentielles disposées dans le sens longitudinal et les crêtes (7b) des ondulations portent des rangées de colonnettes (10) flexibles solidaires également de la peau extérieure (6) et situées alternativement, dans le sens longitudinal, au droit d'un bord d'attaque et d'un bord de fuite des aubes (9a à 9d) de stator qui sont solidaires du côté radialement interne de ladite peau intérieure (7). 2. - Carter de compresseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la peau intérieure (7) et la virole interne (8) sont constituées d'une multiplicité de secteurs (5a) assemblés, et en ce que chaque secteur (5a) comporte en plus desdites colonnettes (10), des éléments de liaison entre peau intérieure (7) et peau extérieure (6) constitués d'un bloc massif (12) disposé approximativement à son centre, de manière à former un point fixe autour duquel se répartissent les dilatations en fonctionnement et d'une première lamelle -llb) orientée dans le sens périphérique et d'une seconde lamelle (11a) orientée dans le sens longitudinal par rapport au carter (5), de manière à ce que les efforts résultant des couples s'exerçant en fonctionnement passent par lesdites lamelles (lla,llb). 3. - Carter de compresseur selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la peau extérieure (6) présente une forme géométrique régulière obtenue à partir d'une génératrice qui est une droite. 4. - Carter de compresseur selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la peau extérieure (6) comporte également des ondulations circonférentielles dont le profil est homothétique de celui de la face ondulée de la peau intérieure (7) et sa face radialement interne comporte des nervures longitudinales (13), les colonnettes (10) de liaison étant implantées sur la peau extérieure (6) dans le creux des ondulations. 5. - Carter de compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'espace ménagé entre les peaux intérieure (7) et extérieure (6) est rempli d'un matériau isolant (18). 6. - Procédé de fabrication d'un carter de compresseur conforme à l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'ensemble du carter (5) constitué des deux peaux, (6,7) des colonnettes (10) et éléments de liaison (lla,llb,12) et des aubes (9a à 9d) statoriques est obtenu monobloc en fonderie par un procédé du type coulée à la cireperdue, connu en soi, le noyau céramique (18) qui est utilisé pour la séparation des deux peaux (6,7) comportant des canaux radiaux préfigurant lesdites colonnettes (10) et éléments de liaison (lla,llb,12). 7. - Procédé de fabrication d'un carter de compresseur conforme à l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'ensemble du carter constitué des deux peaux (6,7), des colonnettes (10) et éléments de liaison (lla,llb,12) et des aubes (9a à 9d) statoriques est obtenu en deux parties séparées longitudinalement sous forme de - 10 - 2607198 deux demi-coquilles (6a,6b) obtenues en fonderie par un procédé du type coulée à la cire perdue, connu en soi, le noyau céramique (18) qui est utilisé pour la séparation des deux peaux (6,7) comportant des canaux radiaux préfigurant lesdites colonnettes (10) et éléments de liaison (lla,llb,12). 8. - Carter de compresseur selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit matériau isolant (18) est constitué par ledit noyau céramique utilisé dans le procédé de fabrication selon l'une des revendications 6 ou 7. 9. - Procédé de fabrication d'un carter de compresseur selon la revendication 6 caractérisé en ce que le carter monobloc (5) obtenu est coupé longitudinalement en deux parties puis des coupes délimitant une multiplicité de secteurs (5a) sont effectuées sur la peau intérieure (7) et sur la virole interne (8). - Procédé de fabrication d'un carter de compresseur selon la revendication 7 caractérisé en ce que sur chaque demi-coquille (6a,6b) des coupes délimitant une multiplicité de secteurs (5a) sont effectuées sur la peau intérieure (7) et sur la virole interne (8).