Brevet FR2613783A1 — publié le 19881014

Grille de guidage axiale pour compresseur ". L'invention concerne une grille de guidage axiale de compresseur munie d'aubes directrices maintenues sur un carter de compresseur divisé radiale- ment, ces aubes présentant dans la zone des extrémités de pied des cavités ouvertes pour des bagues de fibres qui y sont introduites. Sur des turbomachines, en particu- lier des installations à turbines à gaz, sont prévus déjà des carters métalliques assemblés à partir de bagues ou d'éléments de bagues réparties dans des plans radiaux pour obtenir ainsi entre autres vis-à- vis du montage et du démontage ainsi que pour une constance dans la forme, des améliorations dans le fonctionnement. Aussi bien sur de tels carters de compresseur décomposés que non décom- posés, les aubes fixes munies par exemple de pied d'aube en queue d'aronde ou en tête de marteau sont introduites dans des gorges périphériques du carter adaptées de façon correspondante. Les concepts débattus aboutissent entre autres aux inconvénients d'une masse relativement élevée et d'une construction comparativement compliquée. En outre, il est, de ce fait difficile de pouvoir créer et mettre en place l'appareil de guidage ou la grille de guidage axiale de façon à compenser uniformément la dila- tation thermique sans compromettre la forme de l'inter- valle, des pointes et du profil recherchée (sommet des aubes fixes du rotor). En particulier, les concepts débat- tus précédemment ne permettent pas de discerner quelques mesures appropriées, que ce soit pour compenser les- con- traintes des aubes non Justifiées pendant le vol en rai- son du choc des oiseaux d'une manière appropriée, de sor- te que le carter de compresseur ou la structure de sus- pension des aubes ainsi que du mécanisme d'entraînement usuel soient affectés le moins possible. En vue, en particulier, de réduire la masse du compresseur et, par là, celle du dispositif d'entralnement, il a déjà été prévu, en outre, des struc- tures de carter de compresseur en matériau synthétique renforcé par des fibres et d'adapter les composites à base de fibres concernés aux contraintes mécaniques et thermiques souhaitées localement. Contrairement aux idées définies initialement, avec des carters de compression métalliques, pour des solutions déjà prévues pour des carters de compresseur renforcéspar des fibres, il n'est pratiquement pas possible d'usiner mécaniquement des gor- ges périphériques dans le matériau du carter pour les pieds d'aube, par exemple par fraisage. La structure de composite à fibres ne permet pas cette technique de fa- brication. Avec une épissure locale et une déchirure de la structure composite ainsi qu'avec une mise au rebut importante provoquée par des fissures des bandes-fibres locales, la structure mécanique totale ainsi que la ca- ractéristique de dilatation thermique seraient à calculer. La proposition citée en dernier lieu ne montre aucune vole pour une fabrication de carter et d'aubes fixes qui serait particulièrement appropriée pour compenser des contraintes de chocs sur les aubes relativement éle- vées (chocs d'oiseaux) le plus possible sans danger, ainsi que cependant aussi - en particulier, en vue d'une charge non stationnaire - pour assurer une dilatation ther- mique de la grille directrice uniforme à la périphérie (faible entrefer). Selon le brevet US-PS 3 393 436, un cas connu qui peut être déduit du préambule de la revendi- cation 1, traite d'un procédé de fixation d'aubes fixes dans un carter de compresseur. En outre, des ouvertures doivent être pratiquées d'abord dans la section du carter et on doit introduire ensuite les ouvertures avec un épaississement du pied dans les ouvertures. Du côté du carter extérieur en direction de la périphérie ainsi qu'au milieu des épaississements de pied, des cavités pratiquées doivent dans le cas connu recevoir, en outre, un ou plusieurs tours de frettes en fibre à usiner qui non seulement doivent être collés à la section de carter mais aussi aux épaississements de pied. Cependant, égale- ment dans le cas de la disposition connue des frettes de fibre extérieures, on ne pourrait pas réaliser une com- pensation thermique homogène séparée de la partie plus éloignée du carter (expansion intérieure de la grille dans le carter). En. outre, dans le cas connu précédent, il ne devrait pratiquement pas pouvoir s'exercer d'efforts extrêmes (impact d'oiseau) sur la grille et, en effet, dans le sens d'une dégradation homogène des efforts sur la fret- te de fibre locale qui prioritairement peut être conçue seulement comme moyen de fixation extérieur radial des aubes reliées spécialement dans le cas contraire locale- ment dans le carter (mécaniquement ou collage). Lors d'efforts provoqués par des impacts d'oiseau tout à fait extrêmes, les dommages du carter ne seraient pas exclus dans le cas commun eu égard à l'utilisation d'un carter de compresseur fabriqué en matériau synthétique. Comme autre inconvénient non né- gligeable, dans le cas connu préalablement, on devrait considérer la mise au rebut concernant la solidité des structures du carter qui se présente à partir d'un cer- tain nombre d'ouvertures dans le carter correspondant à un certain nombre d'aubes fixes. L'invention se propose de créer une grille de guidage axiale. Selon la technique connue ini- tialement, qui par utilisation des avantages d'un carter en matériau composite assure un ancrage des aubes fixes adhérent et sans glissement de fonctionnement optimal vis-à-vis des contraintes extrêmes subies par la grille (impact d'oiseau). Le problème posé est résolu par une grille de guidage axiale de compresseur caractérisée en ce que: a) les extrémités de pied se situent dans une gorge péri- phérique qui est formée entre deux sections du carter s'adaptant l'une à l'autre dans un plan de partage radial, b) les aubes fixes sont suspendues aux bagues de fibres et sont coincées avec celles-ci dans la gorge périphéri- que. Par utilisation d'une structure de carter divisée radialement, les aubes fixes maintenues à intervalle périphérique correspondant par les bagues de fibre se dilatent intérieurement de façon homogène dans le carter ou dans la gorge périphérique concernée ou dans la partie élargie du carter de compresseur. En particulier, par rapport au coefficient de dilatation thermique plus fort en direction radiale de la bague de fibre à l'encontre des mêmes coefficients de dilatation thermique du carter, les aubes fixes peuvent en fonction- nement être coincées du côté pied dans le carter ou dans la gorge périphérique et garanties contre la rotation. Une extrême sollicitation de l'aube fixe (impact d'oi- seau) doit s'exercer sur la bague de fibre de la façon la plus homogène possible. La grille de guidage doit ensuite avantageusement se maintenir d'elle-même en posi- tion si malgré le choix méticuleux de la matière de liai- son, cela devait conduire à une rupture d'une ou des deux bagues de fibre. Par la technique donnée d'accrochage de mise en place des aubes fixes, on écarte dans une large mesure le danger d'un endommagement du carter de compres- seur par action d'efforts extrêmes sur les aubes par des impacts d'oiseau. En outre, il y a aussi la possibilité d'utiliser pour le carter de compresseur des matières synthétiques fragiles à haute température de façon homo- gène. Des formes de réalisation avantageu- ses de l'invention sont décrites dans la suite. On explicite plus en détail l'inven- tion par exemple à l'aide des figures, parmi lesquelles: - la figure 1 est une coupe en long partielle d'un carter de compresseur divisé radialement à côté d'une grille d'aubes fixes, o la fixation locale et la suspension d'une aube par des bagues de fibre sur le carter appa- raissent clairement. - la figure 2 est une coupe de la bague de fibre selon la coupe II-II de la figure 1. - la figure 3 est une vue en perspective de l'aube fixe accrochée sur une bague de fibre. - La figure 1 montre une grille de guidage axiale pour compresseur sur laquelle les aubes fixes 6 sont fixées du côté pied sur un carter de com- presseur 2 divisé radialement et qui est fabriqué en ma- tériau synthétique renforcé par des fibres. Les extrémi- tés, côté pied, se placent dans une gorge périphérique 3 qui est formée entre deux sections de carter 4, 5 s'adaptant l'une avec l'autre selon un plan de Joint ver- tical par exemple par vissage (ligne F);les aubes 6 sont accrochées sur les bagues de fibres 7, 8 et sont serrées avec celles-ci dans la gorge périphérique 3 sous l'effet de la température au cours du fonctionnement. Les aubes 6 sont minces dans la zone des extrémités de pied de cavités 9, 10 ouvertes sur les bords avant et arrière pour la réception des bagues de fibre 7, 8. Pour mettre en place en position de repos les aubes fixes à intervalle déterminé, les bagues de fibres, par exemple 7, peuvent comporter des solutions de continuité 11 pour les aubes 6 (figure 1). Ces solu- tlons de continuité 11 peuvent être formées par des gor- ges axiales réparties régulièrement sur la périphérie; les sections de bagues de fibres 12 contenant les fonds de gorge sont en outre, entourées à la façon d'un crochet à partir des réserves d'aubes, par exemple 9 (figure 1). Comme garantie supplémentaire contre la rotation dans le présent exemple de réalisation (fi- gure 1), les deux bagues de fibre 7, 8 sont liées en plu- sieurs positions uniformément réparties, en direction axiale à la périphérie, à une section du carter 4 ou 5, ici par exemple par des broches métalliques 13 et 14. Selon la vue en perspective de la figure 3, l'extrémité de pied de l'aube 6 peut être pro- filée pratiquement en forme de bac à paroi lisse rectili- gne. En-dessous de la bague de fibre 7 concernée se trou- ve, en outre, également déjà le contour de profil désiré de la pale d'aube 1, En vue de l'action de serrage souhai- tée en fonctionnement, les bagues de fibre 7, 8 doivent présenter un coefficient de dilatation thermique supé- rieur à celui du carter de compresseur 2, en direction radiale, ou le carter de compresseur 2 peut avoir en di- rection radiale des coefficients de dilatation thermique inférieurs à celui des bagues de fibre 7, 8. Ces dernières peuvent être fabriquées essentiellement en fibres de verre ou de carbone ou avec une association des deux; les fibres correspondantes peuvent être noyées dans une matrice de resine, en par- ticulier une résine de polyimide stable à la chaleur ou un thermoplaste. En outre, à cet effet, on peut combiner des sortes de fibres différentes dans une bague, et sont utilisées pour l'ajustement d'un coefficient de dilata- tion thermique. Les bagues de fibre 7, 8 peuvent être bo- binées à partir de filaments ou de bandes tissées. En ou- tre, leurs coefficients de dilatation thermique peuvent être fixés dans un ordre de grandeur allant d'environ 1 à 4. 10-o6c-1 Le carter de compresseur 2 peut avantageusement être fabriqué en un matériau synthétique renforcé par des fibres de carbone; une dilatation ré- glable en outre relativement faible du carter doit con- duire à une diminution de l'entrefer. Dans une réalisation avantageuse, le carter de compresseur se compose d'une matière composite à base de fibres de carbone dans une matrice de résine époxy ou polyimide. L'invention se prête avantageusement à des grilles de compresseur ou de ventilateur sur des ensembles de turbine à gaz ou des moteurs à réaction. R E V E ND I C A T I 0 N S 1 ) Grille de guidage axiale de com- presseur munie d'aubes directrices maintenues sur un car- ter de compresseur divisé radialement, ces aubes présen- tant dans la zone des extrémités de pied des cavités ou- vertes pour des bagues de fibres qui y sont introduites, caractérisée en ce que: a) les extrémités de pied se situent dans une gorge péri- phérique (3) qui est formée entre deux sections du carter (4, 5) s'adaptant l'une à l'autre dans un plan de partage radiale; b) les aubes fixes (6) sont suspendues aux bagues de fi- bres (7, 8) et sont coincées avec celles-ci dans la gorge périphérique (3). 2 ) Grille de guidage axiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que les aubes fixes (6) sont équipées dans la zone des extrémités de pied de cavités ouvertes (9, 10) sur les bordures avant et arrière destinées à recevoir les bagues de fibre (7, 8). 3 ) Grille de guidage axiale selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les bagues de fibres (7, 8) comportent des so- lutions de continuité (11) pour les aubes (6). 4 ) Grille de guidage axiale selon la revendication 3, caractérisée en ce que les solutions de continuité (11) sont formées de gorges axiales uniformé- ment réparties à la périphérie et qui sont entourées de sections de bagues en fibre (11) contenant le fond de gorge à partir des cavités des aubes fixes (9, 10) en forme de crochet. ) Grille de guidage axiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins une bague de fibre (7, 8) est liée de façon à ne pas pouvoir tourner avec une section de car- ter (4, 5). en plusieurs positions réparties uniformément à la périphérie en direction axiale. 6 ) Grille de guidage axiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bagues de fibres (7, 8) comportent en direction radiale un coef- ficient de dilatation thermique supérieure à celui du car- ter de compresseur (2). 7 ) Grille de guidage axiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les bagues de fibres (7, 8) sont fabriquées essen- tiellement en fibres de carbone ou de verre ou une combi- naison des deux. 8 ) Grille de guidage axiale selon la revendication 7, caractérisée en ce que les fibres sont noyées dans une matrice en résine synthétique en particu- lier dans un polyimide stable thermiquement ou un thermo- plaste. 9 ) Grille de guidage axiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le carter de compresseur est fabriqué en une matière synthétique renforcée de fibres de carbone. ) Grille de guidage axiale selon la revendication 9, caractérisée en ce que le carter de compresseur est constitué d'un matériau composite à base de fibres constitué de fibres de carbone dans une matri- ce de résine époxy ou polyimide. 11 ) Grille de guidage axiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, pour compres- seur ou ventilateur d'installations de turbines à gaz, en particulier de moteurs à réaction.