Brevet FR2722836A1 — publié le 19960126

DESCRIPTION L'invention concerne une turbomachine munie de moyens d'ajustement en fonctionnement du jeu radial entre rotor et stator. La recherche de l'amélioration des performances des turbomachines a conduit les motoristes à rechercher une optimisation des jeux radiaux entre rotor et stator de turbomachine. En effet, le maintien, dans toutes les conditions de fonctionnement, d'un jeu minimal mais suffisant entre rotor et stator a des répercussions directes sur le rendement de la turbomachine et la valeur de la consommation spécifique et pour l'obtention d'une poussée maximale ainsi que sur les conditions d'apparition de phénomènes de pompage. Pour obtenir l'ajustement du jeu, diverses solutions ont été essayées. Entre autres, plusieurs d'entre elles ont en commun la mise en place et l'utilisation de systèmes de ventilation qui, selon les phases de fonctionnement de la turbomachine, envoient des courants d'air, soit de refroidissement, soit de réchauffage sur diverses parties fixes ou tournantes constituant le stator et le rotor associés, telles que les aubes, les disques, les carters, les anneaux de stator de turbine par exemple. Suivant le résultat recherché, des prélèvements d'air sont effectués à divers étages du compresseur ou dans l'enceinte de chambre de combustion, par exemple. Les circuits d'acheminement de l'air sont généralement équipés de vannes de réglage dont la commande permet d'obtenir une modulation des débits et éventuellement des réglages de température au moyen de mélanges réalisés à partir de sources différentes, par exemple. De nombreux exemples témoignent de ces recherches. On peut ainsi citer 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, FR-A-2 614 073 dans lesquels la commande d'organes de réglage de débit d'air tels que distributeurs ou vannes est asservie à un paramètre de fonctionnement de la turbomachine à partir de la mesure par capteur d'une grandeur telle qu'une température, une vitesse de rotation ou directement une mesure du jeu à un instant donné. Dans certains cas, une régulation hydromécanique commande l'ouverture des vannes de réglage du débit d'air à partir de lois d'ouverture préétablies et programmées à l'avance. Ces solutions antérieures peuvent toutefois dans certaines applications conduire à une utilisation trop importante des prélèvements d'air qui a une influence néfaste sur le rendement global de la turbomachine. Il est également apparu souhaitable d'obtenir un réglage de jeu non seulement au niveau de la turbine mais également au niveau du compresseur. FR-A-2 591 674 illustre un exemple dans lequel le réglage des jeux entre rotor et stator d'un compresseur haute pression d'une turbomachine est obtenu par des moyens mécaniques tels que biellettes et arbre de commande, vérin et anneau de commande, associés à des segments d'enveloppe déplacés radialement. L'utilisation de ces moyens mécaniques entraîne toutefois un accroissement de masse, préjudiciable notamment pour des applications aéronautiques visées par la présente invention. Les buts de l'invention, tout en évitant les inconvénients des solutions connues antérieures, notamment un accroissement de masse important ou des prélèvements d'air trop importants ou encore des défauts d'adaptation à certaines conditions transitoires de fonctionnement de la turbomachine, susceptibles de provoquer soit l'apparition de jeux radiaux trop élevés entre rotor et stator créant par exemple des phénomènes de trous de poussée dans des phases d'accélération, soit des contacts accidentels entre partie fixe de stator et partie tournante de rotor engendrant des frottements et des dégradations par exemple au niveau d'éléments abradables, sont d'assurer un réglage optimisé du jeu radial entre rotor et stator à la fois au niveau de la turbine haute pression en optimisant les caractéristiques aérodynamiques de la turbine et au niveau du compresseur haute pression afin d'améliorer les performances du générateur de gaz de la turbomachine. Ces buts sont atteints, selon l'invention, grâce à un déplacement axial piloté du rotor du corps haute pression de la turbomachine obtenu par des moyens comprenant - un palier de butée supportant à l'avant l'arbre dudit rotor de corps haute pression et permettant ledit déplacement axial, - un dispositif de repérage axial des positions relatives du rotor et du stator du corps haute pression, - un carter extérieur constituant une liaison rigide entre le carter de turbine et le carter avant de compresseur, - un dispositif d'asservissement commandant un moyen de déplacement dudit palier de butée et recevant un signal provenant dudit dispositif de repérage et un signal provenant de l'ensemble de régulation de la turbomachine et indiquant la phase de fonctionnement. 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 de l'invention en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente une vue schématique partielle en demi-coupe axiale d'une turbomachine munie de moyens conformes à l'invention d'ajustement en fonctionnement du jeu radial entre rotor et stator de la turbomachine. La figure 1 représente schématiquement le corps haute pression d'une turbomachine comprenant de manière classique et connue en soi un compresseur axial à haute pression 1 comportant un rotor de compresseur multi-étagé 2 et un stator de compresseur 3 lié à un carter de compresseur 4 et à la suite, une chambre de combustion 24 et une turbine à haute pression 5 comportant également un rotor de turbine 6 et un stator de turbine 7 lié à un carter de turbine 8. Les rotors de compresseur 2 et de turbine 6 sont respectivement supportés et sont reliés par un arbre commun 9 de corps haute pression. Ledit arbre 9 de corps haute pression est supporté à l'avant par un palier de butée 10 qui soutient le rotor et supporte les charges de poussée axiale apparaissant en fonctionnement et à l'arrière par un palier 11 qui supporte les charges radiales mais laissent libres les déplacements axiaux, comme c'est le cas dans l'exemple représenté d'un roulement à rouleaux. Le palier de butée avant 10 est contenu par un carter avant 12 de compresseur et, à l'arrière de la turbine 5, le palier arrière 11 est contenu par un carter 13 support de palier. Le carter de turbine 8 et le carter avant de compresseur 12 sont liés rigidement par un carter extérieur 14. L'enceinte 15 située en arrière de la turbine 5 est reliée par une canalisation 16 à un distributeur 17 qui entoure le carter 4 de compresseur. Ces dispositions permettent un prélèvement d'air chaud dans l'enceinte 11 destiné à réchauffer le carter de compresseur 4. Un moyen connu en soi tel qu'une vanne 18 permet d'établir la circulation du flux chaud sous l'action d'une commande déclenchée par l'ensemble 19 de régulation de la turbomachine. De manière remarquable et conforme à l'invention des repères 20 d'une part sur le rotor du corps haute pression et 21 sur une partie fixe de la turbomachine, telle que le carter extérieur 14 sont mis en place de manière que dans les conditions stabilisées de fonctionnement de la turbomachine et dans une position relative des rotors et stators du corps haute pression correspondant au jeu radial optimal recherché, lesdits repères 20 et 21 sont situés dans un même plan, repéré A sur la figure 1. Un dispositif 22 de repérage permet de déterminer les déplacements axiaux relatifs des repères 20 et 21. Le dispositif 22 est réalisé suivant une technologie connue en soi, par exemple en utilisant un faisceau laser et des équipements connus de mesure et repérage et ne sera pas décrit plus en détails. Un dispositif d'asservissement 23 est associé au palier avant de butée 10. Ce dispositif 23 comporte un moyen d'actionnement assurant un déplacement axial du palier de butée 10 entraînant le déplacement axial de l'ensemble arbre 20 et rotors 2 de compresseur et 6 de turbine du corps haute pression de la turbomachine. Ledit dispositif d'asservissement 23 est relié d'une part à l'ensemble 19 de régulation de la turbomachine et d'autre part au dispositif 22 de repérage de position axiale. Le dispositif 23 est symboliquement représenté sur la figure 1 et les détails de réalisation technologique connus en soi ne sont pas décrits plus en détail. Comme représenté sur la figure 1, la veine de circulation des flux de la turbomachine à la fois au niveau de sa délimitation d'une part par le carter 4 de compresseur et l'extrémité des aubes du rotor 2 de compresseur et d'autre part par le carter 8 de turbine et l'extrémité des aubes du rotor 6 de turbine présente une forme conique dont la génératrice fait un angle al avec l'axe du moteur au niveau du compresseur et un angle a2 avec l'axe du moteur au niveau de la turbine. Dans tous les cas al est inférieur à a2 et dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, par exemple, la valeur de l'angle de la veine al est de six degrés et a2 est de onze degrés. Compte-tenu des dispositions conformes à l'invention qui viennent d'être décrites, les jeux radiaux entre rotor et stator, tant au niveau du compresseur 1 qu'à celui de la turbine 5 du corps haute-pression de la turbomachine sont déterminés par les positions axiales relatives des rotors par rapport aux stators telles qu'elles sont repérées par les repères 20 et 21 et par le dispositif de repérage 22. Il s'ensuit que dans les phases stabilisées de fonctionnement de la turbomachine les positions axiales respectives des rotors et des stators correspondant à la position des repères 20 et 21 dans le plan commun A de référence sont déterminées pour assurer un jeu optimal réduit. Dès que la turbomachine entre dans une phase transitoire de fonctionnement, telle que accélération ou réaccélération, le dispositif d'asservissement 23 reçoit à partir de l'ensemble de régulation 19 de la turbomachine le signal correspondant et provoque le déplacement du palier de butée 10 de manière à reculer l'ensemble de rotor, arbre 9 et rotors de compresseur 2 et de turbine 6 de manière à dégager la turbine 5 en accroissant le jeu radial entre rotor et stator de turbine. Simultanément, le prélèvement d'air chaud dans l'enceinte arrière 15 est également enclenché et le distributeur 17 alimenté en air chaud par la canalisation 16, à partir de la vanne 18 réchauffe le carter de compresseur 4 de manière à assurer également un jeu radial minimal entre rotor et stator de compresseur. Dans tous les cas, tout contact dommageable est ainsi évité entre les extrémités d'aubes et les parties fixes correspondantes tant au niveau du compresseur que de la turbine. Ces déplacements axiaux sont effectués sous le contrôle du dispositif de repérage 22. En dehors des phases transitoires de fonctionnement de la turbomachine, la vanne 18 est fermée et aucun prélèvement d'air chaud n'est effectué, ce qui évite les inconvénients de baisse de rendement, accroissement de consommation spécifique ou perte de poussée qui en résulteraient. En dehors de ces phases transitoires, le dispositif d'asservissement 23 ramène l'ensemble de rotor dans la position axiale initiale correspondant au plan A pour laquelle les valeurs optimisées des jeux radiaux entre rotor et stator sont assurées pour les régimes stabilisés de fonctionnement. Pour un turboréacteur correspondant à l'exemple de réalisation représenté sur la figure, les déplacements axiaux du palier de butée 10 utilisés sont de l'ordre de + 2 mm. REVENDICATIONS 1. Turbomachine comportant un ensemble de régulation (19) et un corps haute pression comprenant un rotor multiétagé (2) et un stator (3) lié à un carter (4), formant un compresseur axial (1), une chambre de combustion (24) et un rotor (6) et un stator (7) lié à un carter (8), formant une turbine (5), les rotors de compresseur (2) et de turbine (6) étant supportés et reliés par un arbre commun (9), la turbomachine comportant un prélèvement dans une enceinte (15) ménagée en arrière de la turbine (5), commandé par une vanne (18) et relié par une canalisation (16) à un distributeur (17) qui entoure le carter (4) de compresseur, caractérisée en ce que ledit arbre (9) de rotors est supporté à l'avant par un palier de butée (10) susceptible d'être déplacé dans le sens axial et à l'arrière par un palier (11) permettant ledit déplacement axial, un dispositif associé (22) permet le repérage axial des positions relatives des rotors (6-9-5) et des stators (3-7) dudit corps à haute pression, un carter extérieur (14) constitue une liaison rigide entre le carter de turbine (8) et un carter avant (12) de compresseur contenant ledit palier de butée (10), un dispositif d'asservissement (23) commande un moyen de déplacement dudit palier de butée (10) à partir d'un signal provenant dudit ensemble de régulation (19) et d'un signal provenant dudit dispositif de repérage axial (22) de manière à ajuster un jeu radial optimisé entre rotors et stators dudit corps à haute pression. 2. Turbomachine selon la revendication 1 dans laquelle lors des phases transitoires de fonctionnement, la vanne (18) du prélèvement de fluide chaud alimentant le distributeur (17) pour réchauffer le carter de compresseur (4) est ouverte et le dispositif d'asservissement (23) actionne le déplacement du palier de butée (10) vers l'arrière de manière à dégager la turbine (5) en ajoutant un jeu radial minimal suffisant entre rotor (6) et stator (7) de turbine et, au contraire, dans toutes les phases stabilisées de fonctionnement, la vanne (18) de prélèvement est fermée et l'ensemble de rotor est amené dans une position axiale prédéterminée correspondant au repère de rotor (20) et au repère de stator (21) situés dans un plan A commun de référence, sous le contrôle du dispositif de repérage (22) de manière à assurer une valeur optimisée du jeu radial entre rotors et stators du corps à haute pression.