Brevet FR2601074A1 — publié le 19880108

La présente invention concerne une turbomachine dans laquelle un dispositif commande le débit d'air de ventilation prélevé en vue du contrôle des jeux entre rotor et stator. On connait l'importance, dans une turbomachine, de maintenir dans toutes les conditions de fonctionnement un jeu minimal mais suffisant entre rotor et stator. Les répercussions en sont importantes sur le rendement, pour l'obtention d'une poussée maximale et pour la réserve au pompage. Un des moyens connus et utilisés pour ajuster les jeux entre rotor et stator de turbomachine en fonctionnement consiste à assurer une ventilation par des flux d'air plus ou moins chauds, plus ou moins pressurisés, au niveau de l'enveloppe de stator. On obtient de cette façon des dilatations/contractions radiales du stator par effet thermique qui sont susceptibles d'être adaptées aux déplacements radiaux des extrémités radiales des parties tournantes (aubes et éléments de rotor) situées au droit des parties fixes de la turbomachine. FR-A-2 534 982 mentionne ainsi des moyens de ventilation prévus dans l'espace compris entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure constituant une enveloppe de stator d'un compresseur axial ainsi que des moyens de distribution d'air par tubes disposés à l'extérieur de l'enveloppe extérieure. FR-A-2 535 795 illustre un autre exemple de réalisation. Diverses solutions ont également été envisagées pour améliorer l'adaptation du déplacement radial des éléments de stator en fonction de celui des éléments de rotor. En particulier, plusieurs solutions connues utilisent des organes de réglage de débit d'air tels que distributeurs ou vannes dont l'ouverture est asservie à un paramètre de fonctionnement de la turbomachine à partir de la mesure par capteur d'une grandeur (température, vitesse ou mesure directe du jeu). Ce genre de solution est illustré, par exemple, par FR-A-2 496 753 FR-A-2 464 371, FR-A-2 431 609, FR-A-2 360 750, FR-A-2 360 749 qui indiquent l'utilisation de vannes ou distributeurs pour moduler des débits d'air. Ces solutions antérieures restent toutefois tributaires de mécanismes de distribution d'air dont l'asservissement est complexe et d'où il résulte divers inconvénients et des risques de panne. L'invention vise à éviter les divers inconvenients des solutions connues. La turbomachine selon l'invention munie d'un dispositif du genre précité de commande du débit d'air de ventilation prélevé en vue du contrôle des jeux entre rotor et stator est caractérisée en ce que ledit dispositif intègre les tourillons de pied des aubes à calage variable d'au moins un étage de stator, les bossages coopérants d'enveloppe de stator et les douilles interposées dont les alésages portent lesdits tourillons, ces tourillons, les bossages et les douilles comportant des perçages transversaux par lesquels est susceptible de passer l'air de ventilation et ces tourillons étant solidaires d'axes de commande de telle sorte que la rotation desdits tourillons obtenue au moyen d'un système de commande de calage des aubes assure le réglage du débit d'air traversant lesdits perçages, les tourillons d'aubes constituant ainsi des boisseaux tournants de réglage. Le dispositif de commande de débit d'air selon l'invention est par conséquent particulièrement simple et permet d'éviter les inconvénients liés aux risques de pannes, en assurant une fiabilité optimale. Par ailleurs, un système, pré-existant sur la turbomachine, de commande de calage variable des aubes de stator asservit le fonctionnement à divers paramètres de la turbomachine (température, vitesse de rotation, etc..) de manière à optimiser son cycle de fonctionnement. La position des tourillons d'aubes directement commandée par ce système détermine selon l'invention le réglage du débit d'air de ventilation. De cette manière, l'ajustement du jeu entre rotor et stator qui en résulte est directement adapté aux conditions de fonctionnement de la turbomachine, stabilisées ou plus particulièrement transitoires. L'invention sera mieux comprise ainsi que d'autres caractéristiques et avantages à l'aide de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une demi-vue en coupe longitudinale d'un stator de compresseur muni d'un dispositif de commande de débit d'air de ventilation conforme à l'invention, - la figure 2 représente une vue partielle développée du circuit de ventilation de la figure 1, - la figure 3 représente schématiquement l'évolution du jeu entre rotor et stator au cours de diverses phases de fonctionnement de la turbomachine. Sur la figure 1, 1 représente un stator d'un compresseur axial multi-étages à haute pression, susceptible d'entrer dans une turbomachine. Le stator 1 comporte un carter 2 solidaire d'une bride amont 3 de liaison. Sur ce carter 2 sont fixées des aubes de stator 4a, 4b, 4c... par étage, formant des redresseurs. Dans ce genre de réalisation, les incidences de variations du jeu entre rotor et stator deviennent surtout importantes sur les derniers étages où les pressions et températures sont également plus élevées, ce qui entraine des dilatations plus importantes. Dans l'exemple de réalisation représenté, ce phénomène est pris en compte en prévoyant au-delà des premiers étages redresseurs, à partir du troisième étage dans l'exemple représenté, un carter 2 formé de deux enveloppes statoriques 2a et 2b, radialement écartées, ménageant ainsi un espace annulaire 5. Les aubes statoriques telles que 4d, 4e, 4f, 4g, 4h à partir du quatrième étage dans l'exemple représenté, sont fixées à l'enveloppe statorique radialement interne 2b. Entre les étages d'aubes, la surface interne de ladite enveloppe interne 2b comporte des logements 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, susceptibles de recevoir une garniture d'étanchéité au droit des extrémités d'aubes -de rotor (non représenté au dessin).Les enveloppes statoriques 2a et 2b peuvent être subdivisées longitudinalement en plusieurs parties assemblées par brides, par exemple et l'enveloppe interne peut également être segmentée, chaque étage d'aubes statoriques pouvant par exemple être constitué de secteurs assemblés. Dans ledit espace annulaire 5 est aménagé un circuit de ventilation 7 de stator. Au droit de chacun des derniers étages d'aubes statoriques, 4f, 4g et 4h dans l'exemple représenté, est placée une rampe circulaire multiperforée 8a, 8b, 8c qui dirige des jets d'air en direction de l'enveloppe statorique interne 2b. La figure 2 montre un détail du montage de ces rampes 8a, 8b, 8c auxquelles l'air est amené par une canalisation longitudinale 9, à partir d'un collecteur 10 de distribution situé en amont, par rapport au sens normal de circulation des gaz de la veine principale de la turbomachine, au droit de l'étage précédent d'aubes statoriques 4e. L'enveloppe statorique radialement externe 2a comporte une ouverture 2c formant une communication entre l'espaces et l'extérieur au moyen d'un élément 2d de genre connu, clapet ou vanne. Dans ce genre de réalisation, les premiers étages redresseurs comportent généralement des aubes statoriques à calage variable en vue d'améliorer les performances du compresseur et en particulier en vue de l'adaptation aux différentes conditions de fonctionnement de la turbomachine, particulièrement lors des phases de régimes transitoires. Dans l'exemple représenté, les aubes statoriques 4a, 4b, 4c des trois premiers étages de redresseur sont ainsi à calage variable. Le carter 2 comporte trois rangées de bossages lla, llb, llc. Les pieds des aubes statoriques 4a, 4b, 4c portent des tourillons 12a, 12b, 12c qui sont placés dans les alésages cylindriques desdits bossages lla, llb, llc. Des douilles cylindriques 13a, 13b, 13c sont de préférence interposées entre les tourillons 12a, 12b, 12c et les alésages des bossages lIa, llb, llc.Chaque tourillon 12a, 12b, 12c est prolongé par un axe de commande 14a, 14b, 14c, ces axes coopérant, par exemple, par l'intermédiaire d'un anneau dé commande à un système de commande de rotation comportant au moins un vérin dont la position est asservie de manière généralement connue à au moins un des paramètres de fonctionnement de la turbomachine (vitesse de rotation, température, pression, débit de carburant, etc..) en relation avec le système de régulation de la turbomachine qui assure l'optimisation du cycle de fonctionnement de la machine. En aval du deuxieme étage de redresseur, un prélèvement d'air de ventilation est prévu. Dans ce but un passage 15 est ménagé dans l'enveloppe statorique interne 2b.Ce passage 15 est ouvert sur la veine principale de circulation des gaz dans le compresseur et débouche sur une cavité de prélèvement 16 ménagée dans l'espace compris entre les enveloppes statoriques interne 2b et externe 2a. Au niveau du troisième étage de redresseur, chaque bossage llc comporte à la base un perçage transversal 17a et chaque douille associée 13c comporte de même un perçage transversal 17b aligné avec le perçage 17a. A la même hauteur, chaque tourillon 12c d'aube statorique 4c comporte également un perçage transversal 17c. Le perçage 17a côté amont s'ouvre dans la cavité de prélèvement 16 et côté aval se raccorde à un tube 18 disposé longitudinalement dans l'espace annulaire 5. Chaque tube 18 débouche côté aval dans le collecteur 10 de distribution d'air de ventilation. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention qui vient d'être décrit est le suivant. Lorsque les manettes de commande de la turbomachine occupent une position dite "plein gaz" ou "réaccélération",le système de commande de calage des aubes statoriques 4a, 4b, 4c leur donne une position déterminée correspondante. Les perçages 17c des tourillons 12c des aubes 4c ont été orientés de telle manière que dans cette position, aucune communication ne s'établit entre les perçages 17a et 17b, d'une part, et les perçages 17c, d'autre part.En conséquence, le circuit de circulation de l'air de ventilation du stator 1 est fermé, les tourillons 12c constituant ainsi des boisseaux tournants réglables qui se trouvent fermés dans cette configuration. I1 en résulte que le stator et particulièrement la partie aval se dilate librement sans influence inverse dû à un refroidissement sous l'action du dispositif de ventilation. Durant les phases de fonctionnement de la turbomachine en "plein gaz" ou en "réaccélération" en effet, les jeux entre rotor et stator sont particulièrement critiques et la suppression de tout refroidissement du stator par ventilation permet d'éviter toute interférence entre partie fixe et partie tournante de la turbomachine ainsi que d'assurer le meilleur rendement global de la machine. En position "croisière", les tourillons 12c des aubes 4c sous l'action du système de commande de calage des aubes prennent une position stable telle que les perçages 17a, 17b d'une part, et les perçages 17c d'autre part, sont alignés. En conséquence, le circuit de ventilation du stator 1 est ouvert et les jets d'air issus des rampes 8a, Sb, et 8c en particulier assurent un refroidissement de l'enveloppe statorique interne 2b, l'air de refroidissement s'échappant ensuite de l'espace annulaire 5, par exemple par l'ouverture 2c prévue sur l'enveloppe externe 2a. Par suite, le dispositif de ventilation assure un jeu minimal acceptable entre rotor et stator. Il en résulte un rendement optimal du compresseur.Par ailleurs, dans une telle phase de fonctionnement de la turbomachine, les équilibres thermiques se stabilisent entre rotor et compresseur, la température de la veine est diminuée par rapport aux phases transitoires envisagées ci-dessus et la pression des gaz dans le compresseur a également diminué. I1 en résulte des besoins réduits en quantité d'air de ventilation et refroidissement, ce qui limite l'incidence sur le rendement global de la machine. La figure 3 représente schématiquement l'évolution dans le temps des jeux entre rotor (courbe a) et stator (courbe b). La zone A représente des phases de fonctionnement au cours desquelles le circuit de ventilation 7 est fermé, les perçages 17c et 17a-bn'étant pas en concordance par suite de la rotation des tourillons 12c d'aubes 4c. La zone B représente une phase de fonctionnement au cours de laquelle le circuit de ventilation 7 assure le refroidissement du stator 1 et dans ce cas, une réduction des jeux est constatée. Des profils particuliers sont en outre déterminés pour les perçages 17a, 17b, 17c et spécialement dans les zones de raccordement entre les perçages 17c des tourillons 12c et les perçages 17a-b. Ces profils visent à obtenir des variations progressives et dosées des débits dans le circuit aval de ventilation, tant lors de la mise en service de la ventilation que lors de la fermeture. Le dispositif dont le fonctionnement vient d'être décrit présente des avantages de fiabilité et de sécurité de fonctionnement du fait que - la commande du débit d'air de ventilation est assurée par une pluralité de boisseaux tournants constitués par les tourillons des aubes statoriques d'un étage de redresseur, - l'asservissement au système de commande du calage variable des aubes fait appel à des liaisons mécaniques multiples. REVENDICATIONS 1. - Turbomachine comportant au moins un circuit de ventilation (7) de stator (1) en vue d'ajuster le jeu entre rotor et stator dans toutes les conditions de fonctionnement caractérisée en ce que le dispositif associé de commande du débit d'air de ventilation intègre les tourillons de pied (12c) des aubes (4c) à calage variable d'au moins un étage de stator, les bossages (llc) coopérants de carter (2) de stator et les douilles interposées (13c) dont les alésages portent lesdits tourillons (l2c),les tourillons (12c), bossages (llc) et douilles (13c) comportant des perçages transversaux (17c, 17a, 17b) par lesquels est susceptible de passer l'air de ventilation et ces tourillons (12c) étant solidaires d'axes de commande (14c) de telle sorte que la rotation desdits tourillons (12c) obtenue au moyen d'un système de commande du calage des aubes assure le réglage du débit d'air traversant lesdits perçages (17a-b-c), les tourillons (12c) d'aubes (4c) constituant ainsi des boisseaux tournants de réglage. 2. - Turbomachine selon la revendication 1 caractérisée en ce que le carter (2) comporte au moins sur une zone située longitudinalement en aval par rapport au sens normal de circulation des gaz dans la veine principale de la turbomachine une enveloppe externe (2a) et une enveloppe interne (2b) radialement espacée constituant le support des étages correspondants d'aubes statoriques (4d à 4h) et ménageant ainsi un espace annulaire (5) dans lequel est placé le circuit de ventilation (7) du stator (1) et que les perçages (17a-b-c) communiquent en amont avec une cavité de prélèvement (16) ménagée dans l'espace (5) entre l'enveloppe interne (2b) et l'enveloppe externe (2a) et ouverte sur la veine principale des gaz par un passage (15) prévu dans l'enveloppe interne (2b). 3. - Turbomachine selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que les perçages (17a-b-c) se raccordent en aval à des tubes (18) disposés longitudinalement dans ledit espace annulaire (5) et débouchant en aval dans un collecteur (10) de distribution relié par au moins une canalisation longitudinale (9) à des rampes (8a, 8b, 8c) multiperforées placées au droit de chaque étage aval d'aubes statoriques (4f, 4g, 4h).