Brevet FR2908828A1 — publié le 20080523

Dispositif d'étanchéité de volet mobile de roue directrice d'entrée d'une turbomachine La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité de volet mobile dans une roue directrice d'entrée d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur d'avion. La roue directrice d'entrée d'une turbomachine est montée en aval du cône d'entrée et en amont d'un compresseur de la turbomachine, et comprend une pluralité d'aubes radiales régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal de la roue et entourées extérieurement par un carter cylindrique d'entrée. Chaque aube de la roue comprend en amont un bras radial fixe qui est relié rigidement à son extrémité radialement externe au carter d'entrée, et en aval un volet mobile qui est monté pivotant à son extrémité amont autour d'un axe sensiblement radial. Chaque volet mobile est déplaçable en pivotement entre une position dans laquelle le volet mobile est sensiblement aligné axialement avec le bras fixe, et une position dans laquelle le volet mobile est incliné par rapport au bras fixe. L'orientation des volets mobiles de la roue permet de régulariser le flux d'air alimentant les étages du compresseur. Les bras fixes des aubes sont en général tubulaires et reliés à leurs extrémités radialement externes à des moyens d'alimentation en air chaud prélevé sur le compresseur. Cet air chaud circule à l'intérieur du bras fixe de chaque aube pour assurer son dégivrage puis est diffusé au niveau de l'intrados du volet mobile de l'aube, à travers des canaux prévus à l'extrémité aval du bras fixe. Cet air chaud est destiné à s'écouler le long de l'intrados du volet mobile et à réchauffer l'ensemble du volet mobile par conduction thermique afin d'éviter le dépôt de givre sur le volet mobile. Cependant, du fait de la différence de pression existant en fonctionnement entre l'intrados et l'extrados du volet mobile, l'air chaud diffusé à travers les canaux aval du bras fixe a tendance à être aspiré vers 2908828 2 l'extrados du volet mobile, à travers un jeu axial présent entre le bras fixe et le volet mobile, puis à être directement emporté par le flux d'air entrant dans la turbomachine. Cet air chaud ne s'écoule pas le long du volet mobile et ne participe donc pas à son dégivrage, ce qui peut entraîner la formation 5 de givre sur le volet mobile qui, s'il se détache, est susceptible de provoquer des dégâts dans le corpresseur. Par ailleurs, cet écoulement d'air chaud du côté de l'extrados provoque des décollements d'air qui peuvent entraîner une mauvaise alimentation en air du compresseur et une diminution des performances de la turbomachine. 10 Ces effets néfastes sont amplifiés lorsque le volet mobile est en position inclinée car le jeu axial entre le bras fixe et le volet mobile atteint une valeur maximale, et sont également amplifiés au niveau des extrémités radialement interne et externe de l'aube où le jeu axial entre le bras fixe et le volet mobile est plus important pour autoriser le montage du volet mobile 15 en aval du bras fixe. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes. Elle propose à cet effet un dispositif d'étanchéité de volet mobile dans une roue directrice d'entrée d'une turbomachine, cette roue 20 comportant des aubes à bras sensiblement radial fixe amont et à volet mobile aval, le volet mobile étant monté pivotant à son extrémité amont autour d'un axe sensiblement radial et déplaçable entre une position dans laquelle il est sensiblement aligné axialement avec le bras fixe et une position dans laquelle il est incliné par rapport au bras fixe, caractérisé en 25 ce qu'il comprend un joint d'étanchéité qui est fixé à l'extrémité aval du bras fixe et comporte une lèvre qui s'étend radialement le long de l'extrémité amont du volet mobile et qui reste en appui étanche sur cette extrémité amont pendant les déplacements en pivotement du volet mobile. Le joint d'étanchéité est fixé à l'extrémité aval du bras fixe et ne gêne 30 donc pas l'écoulement du flux d'air le long de l'aube. Ce joint comporte une lèvre radiale qui reste appliquée sur l'extrémité amont du volet mobile 2908828 3 pendant ses déplacements en pivotement, de manière à combler le jeu axial entre le bras fixe et le voler mobile de l'aube, et ce sur toute la dimension radiale de l'aube, y compris à ses extrémités radialement interne et externe où le jeu axial est plus important. L'air chaud de dégivrage 5 diffusé sur l'extrémité amont du volet mobile n'est ainsi plus aspiré vers l'extrados et peut donc s'écouler le long de l'intrados sans provoquer de décollement de flux. Selon une caractéristique de l'invention, la lèvre du joint d'étanchéité est en appui étanche sur l'extrémité amont de l'extrados du volet mobile. 10 Cette extrémité amont de l'extrados du volet mobile peut être conformée en portion de cylindre dont l'axe est centré sur l'axe de pivotement du volet mobile pour limiter les déformations de la lèvre en fonctionnement. Dans un mode de réalisation de l'invention, le joint d'étanchéité a une section en forme de L dont une branche est formée par la lèvre et dont 15 l'autre branche est destinée à être appliquée et fixée sur l'extrémité aval du bras fixe. Préférentiellement, le joint d'étanchéité est fixé par collage à l'extrémité aval du bras fixe, par exemple dans une gorge radiale formée à l'extrémité aval du bras fixe. La fixation par collage est plus simple et plus 20 rapide à mettre en oeuvre que la fixation par vissage ou rivetage et n'entraîne pas de risque d'ingestion des moyens métalliques de fixation du joint dans le compresseur de la turbomachine. Le joint d'étanchéité est élastiquement déformable et est avantageusement du type à brosse, par exemple formée à partir de fibres noyées dans une matrice en élastomère. 25 Avantageusement, l'axe de rotation du volet mobile est situé en dehors du plan radial médian du bras fixe de manière à augmenter l'angle de pivotement du volet mobile. La présente invention concerne également une roue directrice d'entrée d'une turbomachine, comprenant une pluralité d'aubes 30 sensiblement radiales à volets mobiles et régulièrement réparties autour de 2908828 4 l'axe longitudinal de la roue, caractérisée en ce que chacune de ces aubes est équipée d'un dispositif d'étanchéité tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne enfin une turbomachine, telle qu'un turboréacteur, caractérisée en ce qu'elle comprend une roue directrice 5 d'entrée telle que décrite ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 10 - la figure 1 est une demi vue schématique en coupe axiale d'une roue directrice d'entrée d'une turbomachine, les aubes de cette roue étant équipées de dispositifs d'étanchéité selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale à plus grande échelle d'une aube de la roue directrice d'entrée de la figure 1 ; 15 - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques partielles en perspective des extrémités radialement externe et interne respectivement d'une aube de la roue directrice d'entrée de la figure 1. La figure 1 représente schématiquement la partie avant ou amont d'une turbomachine qui comprend une roue directrice d'entrée 10 disposée 20 en aval d'un cône d'entrée 12 et à l'entrée d'un compresseur 14 dont une seule rangée annulaire d'aubes mobiles 15 est représentée. La roue directrice d'entrée 10 comprend une pluralité d'aubes 16 sensiblement radiales qui sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal 18 de la turbomachine et sont entourées extérieurement par un 25 carter cylindrique d'entrée 20. Chaque aube 16 de la roue 10 comprend une partie amont immobile appelée bras fixe 22 et une partie aval appelée volet mobile 24 qui est déplaçable en pivotement à son extrémité amont autour d'un axe sensiblement radial. L'orientation des volets mobiles 24 des aubes 16 30 permet de régulariser le flux d'air 25 alimentant les étages du compresseur 14 en fonction du régime de fonctionnement de la turbomachine. 2908828 5 Le bras fixe 22 de chaque aube est relié rigidement par son extrémité radialement externe au carter d'entrée 20 et par son extrémité radialement interne à un moyeu central. Comme cela est visible en figure 2, le bras fixe 22 est creux et formé 5 de tôles 26, 28 fixées entre elles, par exemple par brasage ou rivetage. Une première tôle 26 a une forme de dièdre dont l'arête est dirigée vers l'amont et forme le bord 29 d'attaque des gaz de l'aube 16. Les parois latérales de ce dièdre définissent extérieurement l'intrados 30 et l'extrados 32, respectivement, du bras fixe, et délimitent intérieurement une cavité 10 interne 34 de circulation d'air chaud, comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit. Un profilé 28 à section en U est engagé et fixé à l'extrémité aval du dièdre de manière à fermer la cavité 34 du bras. Les parois latérales du profilé 28 sont appliquées et fixées sur les faces internes du dièdre de 15 façon à ce que le profilé définisse à l'extrémité aval du bras une gorge radiale 36 débouchant vers l'aval. La paroi latérale du profilé 28 située du côté de l'intrados 30 du bras fixe est par ailleurs ondulée de façon à délimiter avec la face interne de l'intrados du bras des canaux axiaux 38 de passage d'air. 20 Les cavités internes 34 des bras fixes des aubes 16 communiquent à leurs extrémités radialement externes avec une enceinte annulaire d'alimentation 40 qui s'étend autour du carter d'entrée 20 et est reliée par des moyens appropriés à des moyens de prélèvement d'air chaud sur le compresseur 14 de la turbomachine. 25 Le volet mobile 24 de chaque aube 16 a une forme profilée axialement et comprend un intrados 42, un extrados 44 et en aval un bord de fuite 46. Le volet mobile 24 est monté pivotant à son extrémité amont par l'intermédiaire d'un pivot radialement interne 48 centré et guidé dans des moyens appropriés du moyeu central et d'un pivot radialement externe 30 50 centré et guidé dans une cheminée cylindrique 52 du carter d'entrée 20. 2908828 6 De façon connue, les extrémités radialement externes des pivots externes 50 de chaque volet mobile sont reliées par des biellettes 54 à un anneau de commande 56 qui s'étend autour du carter d'entrée 20 et qui est lui-même associé à des moyens d'actionnement (non représentés) 5 permettant de le faire tourner dans un sens ou dans l'autre autour de l'axe longitudinal 18 de la turbomachine pour entraîner les volets mobiles 24 des aubes 16 en rotation autour de leurs pivots 48, 50. Dans l'exemple représenté, l'axe 58 de pivotement des volets mobiles 24 est incliné par rapport à l'axe longitudinal 18 de la 10 turbomachine. Le volet mobile 24 est déplaçable autour de l'axe 58 entre une position A dans laquelle il est sensiblement aligné avec le bras fixe 22 de l'aube, et une position B d'inclinaison maximale dans laquelle le volet mobile est écarté angulairement de la position A d'environ 55 à 70 , du côté 15 de l'intrados de l'aube. L'axe 58 de pivotement du volet mobile 24 est décalé du côté de l'intrados de l'aube par rapport au plan radial médian 60 du bras fixe 22 de manière à pouvoir augmenter l'angle d'inclinaison du volet mobile. L'air chaud qui est amené dans la cavité 34 du bras fixe 22 de l'aube 20 est diffusé à travers les canaux 38 du bras au niveau de l'extrémité amont de l'intrados 42 du volet mobile (flèche 62). Cet air chaud est destiné à s'écouler le long de l'intrados 42 du volet mobile, quelle que soit la position du volet mobile, et à réchauffer l'ensemble du volet mobile par conduction thermique (flèches 64). 25 L'extrémité aval du bras fixe 22 de l'aube est séparée de l'extrémité amont du volet mobile de l'aube par un jeu axial qui provoque dans la technique antérieure, du fait de la différence de pression entre l'air situé du côté de l'intrados et l'air situé du côté de l'extrados, l'écoulement vers l'extrados d'une partie de l'air chaud diffusée à travers les canaux 38. 2908828 7 Cet air chaud est alors mélangé au flux d'air 25 entrant dans la turbomachine et ne participe pas au réchauffement du volet mobile 24 de l'aube. Ce phénomène est encore plus important aux extrémités 5 radialement interne et externe de l'aube où le jeu axial précité est plus grand en raison de découpes 66, 68 pratiquées dans les bords aval du bras fixe 22 pour autoriser le montage des pivots 48, 50 du volet mobile 24 dans les moyens précités de centrage et de guidage (figures 1, 3 et 4). L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients au moyen 10 d'un joint d'étanchéité 70 qui est fixé à l'extrémité aval du bras fixe 22 et est en appui étanche sur l'extrémité amont du volet mobile de manière à empêcher en fonctionnement le passage d'air à travers le jeu axial précité, depuis l'intrados vers l'extrados. Dans l'exemple représenté, ce joint 70 est élastiquement déformable 15 et s'étend radialement dans la gorge 36 du bras fixe définie par le profilé 28. Ce joint 70 a en section une forme sensiblement en L dont une branche s'étend axialement vers l'aval, en direction de l'extrados 44 du volet mobile, et forme une lèvre 72 qui s'appuie sur l'extrémité amont de cet extrados. Cette extrémité amont de l'extrados forme une surface cylindrique 20 sur laquelle glisse la lèvre 72 pendant les déplacements du volet mobile en pivotement autour de l'axe 58, cette surface cylindrique étant préférentiellement centrée sur l'axe 58 de pivotement du volet mobile pour limiter les déformations du joint pendant le pivotement du volet mobile. La lèvre 72 du joint rattrape ainsi le jeu axial entre le bras fixe 22 et 25 le volet mobile 24 de l'aube, sur toute la dimension radiale de l'aube, y compris à ses extrémités radialement interne et externe où le jeu axial a une valeur plus grande (figures 3 et 4). L'autre branche du joint en L forme une base 74 qui est appliquée et fixée par collage sur le fond de la gorge 38 définie par le profilé 28 du bras 30 fixe. Cette base est à une faible distance axiale de l'extrémité amont du volet mobile. 2908828 8 Le joint est avantageusement du type à brosse formée de fibres noyées dans une matrice en élastomère tel que du silicone. Ce joint peut être facilement remplacé en cas d'usure. De plus, si un morceau de la lèvre 72 du joint se détache en fonctionnement et passe 5 dans la turbomachine, il n'y a aucun risque de dégradation des éléments de la turbomachine car cette lèvre est réalisée dans un matériau souple. 10 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité de volet mobile (24) dans une roue directrice d'entrée (10) d'une turbomachine, cette roue (10) comportant des aubes (16) à bras sensiblement radial fixe amont (22) et à volet mobile aval (24), le volet mobile (24) étant monté pivotant à son extrémité amont autour d'un axe (58) sensiblement radial et déplaçable entre une position (A) dans laquelle il est sensiblement aligné axialement avec le bras fixe (22) et une position (B) dans laquelle il est incliné par rapport au bras fixe, caractérisé en ce qu'il comprend un joint d'étanchéité (70) qui est fixé à l'extrémité aval du bras fixe et comporte une lèvre (72) qui s'étend radialement le long de l'extrémité amont du volet mobile (24) et qui reste en appui étanche sur cette extrémité amont pendant les déplacements en pivotement du volet mobile. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lèvre (72) du joint d'étanchéité (70) est élastiquement déformable. 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le volet mobile (24) comprend un intrados (42) et un extrados (44) et en ce que la lèvre (72) du joint d'étanchéité (70) est en appui étanche sur l'extrémité amont de l'extrados (44) du volet mobile. 4. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité amont de l'extrados (44) du volet mobile (24) est conformée en portion de cylindre dont l'axe est centré sur l'axe (58) de pivotement du volet mobile (24). 5. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (70) a une section sensiblement en forme de L dont une branche est formée par la lèvre (72) et dont l'autre branche est destinée à être appliquée et fixée sur l'extrémité aval du bras fixe (22). 2908828 10 6. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (70) est fixé par collage à l'extrémité aval du bras fixe (22). 7. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (70) est du type à brosse formée de fibres noyées dans une matrice en élastomère. 8. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe (58) de rotation du volet mobile (24) est situé en dehors du plan radial médian (60) du bras fixe (22). 10 9. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (70) est logé dans une gorge radiale (38) formée à l'extrémité aval du bras fixe (22). 10. Roue directrice d'entrée (10) d'une turbomachine, comprenant une pluralité d'aubes (16) sensiblement radiales à volet mobile et régulièrement 15 réparties autour de l'axe longitudinal (18) de la roue, caractérisée en ce que chacune de ces aubes est équipée d'un dispositif d'étanchéité de volet mobile selon l'une des revendications précédentes. 11. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur, caractérisée en ce qu'elle comprend une roue directrice d'entrée (10) selon la revendication 10. 20