Brevet FR2685936A1 — publié le 19930709

DISPOSITIF DE CONTROLE DES JEUX D'UN CARTER DE COMPRESSEUR DE TURBOMACHINE DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif permettant de contrôler les jeux sur un carter de compresseur haute-tension d'une turbomachine Ce dispositif peut être appliqué à de nombreuses sortes. de turbomachines de moteurs d'avions. Les grands échauffements auxquels une turbomachine est soumise, lors du vol de l'avion, provoquent des dilatations thermiques que l'on cherche à contrôler pour améliorer les performances de la turbomachine De façon plus particulière, il est important de contrôler les jeux radiaux entre rotor et stator, c'est-à-dire de limiter lesdits jeux lors des phases d'accélération et de croisière (phases essentielles du domaine du vol) tout en évitant les interférences mécaniques entre la partie fixe (stator) et la partie tournante (rotor) du compresseur lors d'une phase transitoire du type décélération avec réaccélération. Plusieurs documents proposent des dispositifs connus pour contrôler de tels jeux, ces dispositifs étant, le plus souvent, réalisés pour des stators de compresseur comportant un carter à double enveloppe, à savoir une enveloppe interne supportant les aubes du stator et une enveloppe externe, ces deux enveloppes étant solidarisées au moyen de liaisons flexibles. La demande de brevet FR-2 607 198, déposée le 26 novembre 1986, au nom du demandeur, propose un carter de compresseur comprenant une enveloppe interne comportant des ondulations circonférentielles dont les creux sont situés au niveau du milieu d'un étage d'aubes et les crêtes sont situées au niveau des bords d'aubes Des rangées de colonnettes flexibles relient et solidarisent l'enveloppe interne et l'enveloppe externe. Le document publié sous le numéro FR-2 640 687 propose d'installer une pluralité de soufflets cylindriques déformables, à l'intérieur desquels on maintient une pression variable grâce à une canalisation de prélèvement d'air à l'extrémité aval du compresseur. Les deux dispositifs précédemment cités permettent effectivement de limiter les risques d'interférences mécaniques entre le stator et le rotor, mais leur mise en oeuvre est délicate. Une autre demande de brevet, publiée sous le numéro FR-2 653 171, décrit un carter de compresseur de turbomachine constitué des deux enveloppes interne et externe formant une enceinte et alimentée en air chaud par une ouverture aval Les deux enveloppes sont reliées par des bras de liaison qui sont creux et reliés à un circuit de ventilation permettant de faire circuler de l'air de refroidissement à l'intérieur des bras. Le dispositif décrit dans ce dernier document nécessite un circuit de refroidissement du carter dans les phases dites "essentielles" du vol (croisière, accélération), ce qui est coûteux en débit. La présente invention a justement pour avantage de proposer un carter de compresseur permettant de contrôler les jeux sur le carter sans recourir à un quelconque refroidissement du carter et pour lequel la mise en oeuvre est relativement aisée. De façon plus précise, l'invention concerne un carter de compresseur de turbomachine comportant une structure formant carter, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément de serrage présentant une inertie thermique supérieure à celle de la structure et monté dans ladite structure de façon à limiter sa rétraction lors d'un abaissement de la température. Avantageusement, l'élément de serrage est réalisé dans un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique d'une valeur inférieure à celle du coefficient de dilatation de la structure. De plus, la structure formant carter comporte une enveloppe interne et une enveloppe externe formant au moins une cavité fermée. Selon un mode de réalisation de l'invention, le carter comporte de plus des moyens de ventilation assurant une circulation d'air chaud dans la structure. De préférence, l'élément de serrage est un anneau Cet anneau coopère avec la structure par des moyens de guidage s'opposant à une rotation autour d'un axe du carter. Selon l'invention, les moyens de guidage comprennent un support apte à pivoter dans des cloisons de la structure pour assurer une libre dilatation et/ou rétraction de l'anneau. Selon une variante de l'invention, le carter comporte en outre des moyens d'isolation thermique disposés autour de l'enveloppe interne Ces moyens d'isolation thermiques constituent, avantageusement, une partie sensiblement cylindrique de l'élément de serrage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront -de la description qui va suivre Cette description est donnée à titre illustratif, mais nullement limitatif, en référence aux dessins dans lesquels: la figure 1 est un schéma général représentant un exemple de turboréacteur; les figures 2 A et 2 B sont des représentations schématiques partielles en coupe longitudinale par un plan passant par l'axe de rotation du compresseur d'un carter selon l'invention; la figure 2 A montre le jeu existant entre la structure du carter et l'anneau pendant la phase d'accélération du moteur; la figure 2 B montre le serrage existant entre ladite structure et l'anneau durant la phase de décélération du moteur; la figure 3 est une vue schématique partielle, selon la même coupe que les figures 2 A et 2 B, sur laquelle on a représenté une variante de l'anneau selon l'invention; et la figure 4 représente un graphique schématique montrant l'évolution, dans le temps, de l'état de dilatation/rétraction de l'anneau et de la structure du carter pour différentes phases de vol; la figure 5 est une vue schématique partielle, en perspective, du carter et d'un de ses anneaux; la figure 6 est également une vue schématique partielle selon la même coupe que les figures 2 A et 2 B, sur laquelle on a représenté un mode de réalisation perfectionné de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un schéma général d'un turboréacteur d'avion On peut voir, sur cette figure, différents étages de la turbomachine, à savoir la soufflante 2 qui constitue son premier étage, le compresseur basse pression 4 et le compresseur haute pression, nommé plus simplement compresseur HP et référencé 8 Un compartiment 6 de ventilation permet de refroidir, notamment, l'étage du compresseur HP 8 Ce compresseur HP 8 comporte un rotor et un stator, symbolisés sur la figure par leurs aubes respectives 9 et 10. Le dispositif selon l'invention concerne le carter de ce compresseur HP 8, ou stator. Aussi, sur les figures 2 A et 2 B, on a représenté, en coupe longitudinale, une vue schématique partielle de ce carter de compresseur HP 8. Ce compresseur, de type axial, comporte deux enveloppes, une enveloppe interne 12 et une enveloppe externe 14 constituant la structure du carter Ces deux enveloppes sont radialement espacées et forment ensemble une cavité 16. Comme pour la plupart des compresseurs axiaux, un certain nombre de rangées circulaires d'aubes sont fixées sur l'enveloppe interne 12, formant les étages statoriques du compresseur HP Entre deux étages statoriques est intercalé un étage d'aubes mobiles fixées au rotor Sur les figures 2 A et 2 B, on a représenté un étage statorique 10 et deux étages 9 a et 9 b d'aubes du rotor. Comme expliqué en début de description, un jeu est nécessaire entre les étages 9 a et 9 b d'aubes mobiles et l'enveloppe interne 12 ainsi qu'entre les étages statoriques 10 et la partie centrale du rotor non représentée sur la figure. Lors des phases essentielles du vol (accélération et croisière), la température ambiante est considérable et la structure 12- 14 du carter se dilate: le jeu entre le stator et le rotor est donc assuré Lors de la phase de décélération, la structure 12-14 du carter dilatée se rétracte Aussi, dans le cas o il est nécessaire de réaccélérer alors que la phase de décélération n'est pas terminée, le jeu entre le stator et le rotor n'est pas assuré. L'anneau 22 disposé à l'intérieur de la cavité 16 du carter permet de limiter la rétraction de la structure 12-14 du carter. De façon plus précise, des liaisons souples 13 relient et solidarisent les enveloppes externe 14 et interne 12 Ces liaisons souples 13, selon un mode de réalisation de l'invention, peuvent faire partie intégrante de l'enveloppe externe 14 La cavité 16 est donc une cavité fermée à l'intérieur de laquelle est disposé l'anneau 22 Cet anneau 22 épouse sensiblement la forme de la cavité 16, c'est-à- dire qu'il a un diamètre sensiblement inférieur à la hauteur de la cavité 16, la hauteur de la cavité 16 étant la distance entre les deux enveloppes 12 et 14 Il est maintenu à l'intérieur de cette cavité 16 par des moyens de guidage 31. Cet anneau 22 a une inertie thermique supérieure à l'inertie thermique des enveloppes 12 et 14. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, cette différence d'inertie thermique résulte de la différence des coefficients de dilatation des matériaux constituant, d'une part, les enveloppes et, d'autre part, l'anneau En effet, l'anneau 22 est réalisé dans un matériau ayant un coefficient de dilatation de valeur inférieure à celle des enveloppes. Ainsi, en fonction des phases de vol, les réactions de dilatation et de rétraction de l'anneau diffèrent, dans le temps, de celles des enveloppes, et notamment de l'enveloppe extérieure 14 (comme montré sur les figures 2 A et 2 B): En phase d'accélération, la température croît de façon continue L'enveloppe externe 14 du carter ayant une inertie thermique inférieure à celle de l'anneau 22, elle se dilate plus fortement que l'anneau 22 Autrement dit, d'un point de vue temporel, on peut considérer, par abus de langage, que l'anneau 22 se dilate avec un certain "retard" par rapport à l'enveloppe 14 Ainsi, comme représenté sur la figure 2 A, un jeu 24 se crée entre l'anneau 22 et l'enveloppe 14. En phase de croisière, la dilatation de l'enveloppe 14 a atteint son maximum; l'anneau 22 continue sa dilatation et rejoint l'enveloppe 14, créant ainsi un léger serrage. En phase de décélération, la température extérieure à l'enveloppe 14 décroit, et fait que celle-ci se rétracte Cependant, la rétraction de l'anneau 22 nécessitant d'une part une baisse de température plus importante que celle nécessaire à ladite enveloppe et d'autre part, que celle-ci soit thermiquement protégée à l'intérieur de la cavité, dans ces conditions, cet anneau 22 retient l'enveloppe par serrage 26, comme représenté sur la figure 2 B. La rétraction de l'enveloppe 14 est donc retardée par rapport à sa rétraction "normale", c'est-à-dire la rétraction qu'elle subirait en cas d'absence de l'anneau 22 dans la cavité 16. Un mode de réalisation perfectionné de l'invention consiste à introduire, dans le dispositif, des moyens d'isolation thermique 28, comme représenté sur la figure 3 De façon plus précise, ces moyens d'isolation 28 constituent une partie de l'anneau 22 et permettent de limiter les échanges de chaleur entre la partie extérieure du carter (enveloppe externe et cavité) et le rotor. Sur la figure 4, un graphique représente l'évolution dans le temps du phénomène de dilatation/rétraction de la structure du carter avec et sans l'anneau Sur ce graphique, les courbes sont représentées en fonction du temps t, en abscisse, et de la température T, en ordonnée Les courbes Cla et Clb représentent la vitesse du rotor durant la phase d'accélération Ta, et la phase de décélération Td. La courbe Cla représente le cas d'une accélération et d'une décélération du rotor, tandis que la courbe Clb représente le cas d'une accélération et d'une décélération avec réaccélération du rotor. Les courbes C 2 et C 3 représentent l'évolution du carter dans les cas respectifs o il y a un anneau dans la cavité et o il n'y a pas d'anneau De façon plus précise, dans la phase Ta, la courbe C 2 montre l'évolution de la dilatation de l'anneau et la courbe C 3 montre l'évolution de la dilatation de la structure du carter On voit que l'anneau se dilate plus lentement que la structure, la courbe C 2 croissant plus lentement que la courbe C 3 Entre les points Pl et P 2, l'état de dilatation de la structure est à son maximum, d'o le serrage de ladite structure avec l'anneau dont la dilatation est sensiblement limitée car en contact avec la structure En phase de décélération Td, la température ambiante décroît et la structure du carter se rétracte, comme montré par la courbe C 3, lorsqu'il n'y a pas d'anneau dans la cavité Dans ces mêmes conditions de phase Td, la courbe C 2 décroît avec un certain retard r par rapport à la courbe C 3, ce retard r étant la conséquence de la valeur supérieure de l'inertie thermique de l'anneau par rapport à celle de la structure Ainsi, durant l'intervalle de temps correspondant à ce retard, il est possible d'effectuer une réaccélération du rotor sans risquer une quelconque interférence mécanique entre le rotor et le stator En effet, on voit que la courbe Clb qui représente ce cas de décélération avec réaccélération, coupe la courbe C 3 (dilatation du carter sans anneau) en une zone Z d'interférence mécanique Cette zone Z est inexistante lorsque le carter comporte des anneaux dans ses cavités, la courbe Clb ne coupant pas la courbe C 2 (dilatation du carter avec anneau). La figure 5 représente une vue en perspective, selon une coupe longitudinale correspondante à celle des figures 2 A, 2 B et 3, de la partie du carter montrée sur les figures 2 A, 2 B et 3 Outre les enveloppes externe 14 et interne 12 représentées en traits mixtes, on voit sur cette figure l'anneau 22 fixé dans la cavité 16 par l'intermédiaire de glissières radiales 30 et de tenons 32 Les glissières radiales 30 sont montées dans les anneaux coulissant sur les tenons 32, eux-mêmes montés pivotants dans la structure 12-14 du carter. Ce pivotement des supports d'anneau (à savoir, l'ensemble tenon 32 et glissière 30) permet, en effet, une libre dilatation/rétraction de l'anneau. Cette coupe longitudinale du carter, vu en perspective, permet de faire apparaître plusieurs glissières radiales 30 a, 30 b, etc et plusieurs tenons 32 a, 32 b, etc assurant le support de plusieurs anneaux, non visibles sur la figure Par mesure de simplification des figures, les figures précédentes n'ont montré qu'une cavité dans laquelle est monté un anneau; il est cependant entendu que chaque cavité du carter peut comporter un anneau tel que décrit précédemment. Un mode de réalisation perfectionné de l'invention, représenté en figure 6, consiste à introduire, au niveau du stator, un circuit de ventilation permettant de contrôler avec plus de précision le phénomène de dilatation/rétraction déjà décrit En effet, ce perfectionnement de l'invention consiste à introduire dans les cavités 16 de l'air chaud, représenté sur la figure par des flèches, provenant d'une source extérieure au stator (provenant, par exemple, de l'arrière du compresseur HP) et piloté par une vanne. De cette façon, le pilotage du diamètre interne du carter est rendu actif, c'est-à-dire contrôlable à partir de deux paramètres, à savoir le coefficient de dilatation de l'anneau et la température ambiante à l'intérieur des cavités. REVEND ICATI ONS 1 Carter de compresseur de turbomachine comportant une structure ( 12, 14) formant carter, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément de serrage ( 22) présentant une inertie thermique supérieure à celle de la structure et monté dans ladite structure de façon à limiter sa rétraction lors d'un abaissement de la température. 2 Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de serrage est réalisé dans un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique d'une valeur inférieure à celle du coefficient de dilatation de la structure. 3 Carter selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la structure formant carter comporte une enveloppe interne ( 12) et une enveloppe externe ( 14) formant au moins une cavité fermée ( 16). 4 Carter selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens de ventilation assurant une circulation d'air chaud dans la structure. Carter selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de serrage est un anneau. 6 Carter selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'anneau coopère avec la structure par des moyens ( 31) de guidage s'opposant à une rotation autour d'un axe du carter. 7 Carter selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent un support apte à pivoter dans des cloisons de la structure pour assurer une libre dilatation et/ou rétraction de l'anneau. 8 Carter selon l'une quelconque des revendication 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens ( 28) d'isolation thermique disposés autour de l'enveloppe interne. 9 Carter selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'isolation thermique constituent une partie sensiblement cylindrique de l'élément de serrage.