Brevet FR2695161A1 — publié le 19940304

La présente invention concerne un système de refroidissement d'un compresseur de turbomachine et de contrôle des jeux en fonctionnement. Les turboréacteurs modernes ont des températures d'air, à la sortie du compresseur haute pression, de plus en plus élevées Ces températures sont à la limite, voire dans certains cas au-delà, des niveaux acceptables pour les matériaux en présence Il est donc impératif de refroidir plus particulièrement certaines zones de pièces soumises à ces températures élevées C'est le cas notamment des fonds d'alvéoles des disques porteurs des aubes du compresseur haute pression. De plus, on connait l'importance pour le rendement d'une part, mais aussi pour l'obtention d'une poussée maximale, de réduire au maximum les fuites dues aux jeux entre parties tournantes et parties fixes d'une turbomachine. Le document FR-A-2 614 073 traite ce problème et décrit un dispositif d'ajustement en temps réel du jeu radial entre un rotor et un stator de turbomachine, en fonction des conditions de vol, qui comporte une vanne de réglage du débit installé dans un circuit de ventilation et commandé par un calculateur électronique Ce dispositif décrit dans ce document est appliqué aux turbines. On connait de plus de nombreux systèmes permettant le refroidissement des turbines de turbomachine. FR-A-2 400 618 montre un procédé de refroidissement d'une turbine avec un échangeur air/air L'air circulant dans l'échangeur est extrait du courant d'air froid de dilution de la soufflante et du courant d'air chaud de refroidissement du compresseur, la relation d'échange ainsi faite, l'air de refroidissement est envoyé à la turbine. FR-A-2 485 632 montre également un procédé d'alimentation en air de refroidissement, mais le but de ce document est de refroidir le pied des aubes de turbine et les parois des alvéoles du disque. On connait enfin des systèmes pour refroidir l'air du flux primaire circulant dans les compresseurs FR-A-2 482 196 par exemple décrit un échangeur de chaleur monté entre le compresseur basse pression et le compresseur haute pression avec prise d'air de refroidissement sur le flux secondaire L'échangeur de chaleur est ici utilisé pour refroidir le flux primaire et échauffer le flux secondaire Ceci permet de conjuguer le gain thermodynamique du refroidissement intermédiaire du flux primaire avec le gain propulsif lié au réchauffement du flux secondaire. Ces documents concernent soit le refroidissement des turbines, soit le refroidissement du flux d'air circulant dans les compresseurs. Le but de la présente invention est de proposer un système de refroidissement des disques des derniers étages du compresseur et du cône aval du compresseur, qui permet un taux de compression plus élevé et le contrôle des jeux en sommet d'aubes et sous les redresseurs, de façon à améliorer de manière sensible le rendement du compresseur. La présente invention concerne donc un système de refroidissement d'un compresseur axial de turbomachine à double flux, ledit compresseur comportant un tambour constitué par l'assemblage de plusieurs disques et d'un cône disposé en aval desdits disques, dans le sens de l'écoulement de l'air primaire, des grilles d'aubes mobiles et des grilles de redresseurs alternant avec les grilles d'aubes, les pieds desdites aubes étant montés dans des alvéoles ménagées à la périphérie desdits disques. Ce système de refroidissement est caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens pour prélever de l'air de refroidissement dans le flux primaire; des moyens pour moduler le débit d'air de refroidissement prélevé; des moyens pour refroidir le débit d'air de refroidissement prélevé; des moyens pour alimenter en air de refroidissement refroidi un réceptacle disposé entre la grille de redresseurs du dernier étage et le cône; des moyens pour injecter l'air de refroidissement contenu dans ledit réceptacle vers les fonds des alvéoles du disque du dernier étage dans une direction axiale opposée au sens de l'écoulement du flux primaire; une partie de l'air de refroidissement injecté circulant à travers ledit tambour, d'aval en amont, par des espaces prévus entre les pieds d'aubes et les fonds des alvéoles, et l'autre partie servant au refroidissement du cône. Les moyens pour prélever l'air de refroidissement dans le flux primaire sont disposés entre la grille d'aubes et la grille de redresseurs du dernier étage dudit compresseur. Les moyens pour moduler le débit d'air de refroidissement comportent une vanne de réglage de débit commandée par une régulation électronique. Avantageusement, les moyens pour refroidir le débit d'air de refroidissement prélevé comportent un échangeur de chaleur du type air/air dont l'air de réfrigération est prélevé dans le flux secondaire. Les moyens pour injecter l'air de refroidissement contenu dans le réceptacle comportent des gicleurs montés sur une paroi dudit réceptacle. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la disposition suivante faite à titre d'exemple et en réfence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente les derniers étages d'un compresseur à haute pression d'un turboréacteur à double flux. Sur le dessin, on a représenté par la référence 1 le tambour d'un compresseur axial à haute pression 2 d'une turbomachine à double flux Le tambour 1 est réalisé par l'assemblage d'une pluralité de disques 3 a, 3 b et d'un cône 4 disposé en aval du disque 3 a Les disques 3 a, 3 b présentent à leur périphérie des alvéoles dans lesquels sont montés, de manière connue, les pieds des aubes mobiles 5 a, 5 b Les aubes mobiles montées sur un disque s'étendent radialement vers l'extérieur et constituent une grille d'aubes mobiles Des grilles de redresseurs fixes 6 a, 6 b, 6 c sont disposées en alternance entre les grilles d'aubes nmdiles Ces grilles de redresseurs 6 sont fixées sur le carter 7 du compresseur 2. Le flux d'air primaire P circule à travers les grilles d'aubes rbi 1 es 5 a, 5 b et les grilles de redresseurs 6 a, 6 b, 6 c Le flux d'air secondaire S, constitué par l'air de dilution de la soufflante, circule dans un espace annulaire extérieur délimité par un carter extérieur 8 et la nacelle de la turbomachine, non représentée sur le dessin. A la sortie du compresseur 2, l'air du flux primaire P est transmis à la chambre de combustion, à l'état comprimé et chaud, par l'intermédiaire d'un diffuseur 9. Selon l'invention, de l'air de refroidissement R est prélevé dans le dernier étage du compresseur 2 par des moyens de prélèvement 10 prévus dans le carter 7 entre la grille d'aubes 5 a et la grille de redresseurs Sa placée en amont du diffuseur 9. L'air de refroidissement prélevé R traverse une vanne de réglage de débit Il qui est placée à l'extérieur du carter de compresseur 7 et qui est commandée par une régulation électronique destinée à moduler le débit d'air de refroidissement prélevé en fonction des conditions de vol, des caractéristiques du compresseur, et des températures relevées, de façon à réduire les jeux en tête d'aubes et sous les redresseurs. L'air de refroidissement R pénètre ensuite en amont d'un échangeur de chaleur 14 disposé entre le flux primaire P et le flux secondaire S, c'est-à-dire entre le carter du compresseur 7 et le carter extérieur 8 Cet échangeur de chaleur 14 est de préférence du type air/air L'air frais F circulant dans l'échangeur 14 est prélevé en amont de celui-ci, par exemple dans le flux secondaire S en 15 et est réintroduit en aval en 16, dans le même flux secondaire S. Après avoir circulé dans l'échangeur 14, l'air de refroidissement R, à l'état refroidi, sort à l'aval de l'échangeur dans un conduit 17 reliant l'échangeur 14 à la grille de redresseurs 6 a L'air refroidi pénètre ensuite de manière centripète dans un ou plusieurs redresseur 6 a, puis est recueilli dans un réceptacle 18 disposé ente la grille de redresseurs du dernier étage du compresseur 2 et le cône 4, d'o il ressort, dans le sens opposé à la direction du flux primaire P, par l'intermédiaire de gicleurs 19 prévus dans la paroi dudit réceptacle 18 et placés au droit des fonds d'alvéoles du disque 3 a. Les gicleurs 19 sont disposés de manière à donner une composante tangentielle à l'air de refroidissement R injecté contre le disque 3 a afin de favoriser l'alimentation en air des fonds d'alvéoles. Un espace 20 est prévu entre les pieds d'aubes et les fonds d'alvéoles pour permettre la circulation, d'aval en amont, d'une partie Rl de l'air de refroidissement, l'autre partie R 2 de l'air de refroidissement est dirigée vers l'axe de la turbomachine par le flasque aval 21 du disque 3 a et s'écoule le long du cône 4 afin de refroidir celui-ci. Du fait des écarts de pression régnant dans les divers étages du compresseur 2, la partie Rl de l'air de refroidissement qui a traversé le disque 3 a, s'écoule ensuite par le labyrinthe 22 qui assure l'étanchéité entre le tambour 1 et la grille de redresseurs 6 b, et va refroidir les fonds d'alvéoles du disque 3 b. La partie Rl de l'air de refroidissement circule ainsi d'étage en étage, à contre courant de l'air circulant dans la veine du compresseur 2. La régulation électronique, non représentée sur le dessin, permet de moduler le débit d'air de refroidissement, et ainsi de contrôler les températures du tambour, d'o un contrôle des jeux en sommet d'aubes 5 a, 5 b et sous les redresseurs 6 a, 6 b, 6 c, et un gain de performances du compresseur On peut ainsi en régime de croisière, régime dans lequel les températures en sortie du compresseur 2 sont moins élevées, réduire considérablement le refroidissement, voire le supprimer. Le calculateur de la régulation électronique est alimenté avec les caractéristiques thermiques, mécaniques et dimensionnelles des disques et le pilotage des jeux se fait de manière identique au procédé indiqué dans FR-A-2 614 073. REVENDICATIONS 1 Système de refroidissement d'un compresseur axial ( 2) de turbomachine à double flux, ledit compresseur ( 2) comportant un tambour ( 1) constitué par l'assemblage de plusieurs disques ( 3 a, 3 b) et d'un cône ( 4) disposé en aval desdits disques ( 3 a, 3 b), dans le sens de l'écoulement de l'air primaire (P), des grilles d'aubes mobiles ( 5 a, 5 b) et des grilles de redresseurs ( 6 a, 6 b, 6 c) alternant avec les grilles d'aubes ( 5 a, 5 b), les pieds desdites aubes ( 5 a, 5 b) étant montés dans des alvéoles ménagées à la périphérie desdits disques ( 3 a, 3 b) caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens ( 10) pour prélever de l'air de refroidissement (R) dans le flux primaire (P); des moyens ( 11) pour moduler le débit d'air de refroidissement (R) prélevé; des moyens ( 14) pour refroidir le débit d'air de refroidissement (R) prélevé; des moyens ( 17) pour alimenter en air de refroidissement (R) refoidi un réceptacle ( 18) disposé entre la grille de redresseurs ( 6 a) du dernier étage et ledit cône ( 4); des moyens ( 19) pour injecter l'air de refroidissement (R) contenu dans ledit réceptacle ( 18) vers les fonds des alvéoles du disque ( 3 a) du dernier étage dans une direction axiale opposée au sens de l'écoulement du flux primaire (P); une partie (R 1) de l'air de refroidissement injecté circulant à travers ledit tambour ( 1), d'aval en amont, par des espaces ( 20) prévus entre les pieds d'aubes ( 5 a, 5 b) et les fonds des alvéoles, et l'autre partie (R 2) servant au refroidissement du cône ( 4). 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens ( 10) pour prélever l'air de refroidissement (R) dans le flux primaire (P) sont disposés entre la grille d'aubes ( 5 a) et la grille de redresseurs ( 6 a) du dernier étage dudit compresseur ( 2). 3 Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour moduler le débit d'air de refroidissement comportent une vanne de réglage de débit ( 11) commandée par une régulation électronique. 4 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour refroidir le débit d'air de refroidissement prélevé comportent un échangeur de chaleur ( 14). 5 Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur ( 14) est du type air/air dont l'air de réfrigération (F) est prélevé dans le flux secondaire (S). 6 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens pour injecter l'air de refroidissement contenu dans le réceptacle comportent des gicleurs ( 19) montés sur une paroi dudit réceptacle ( 18).