Brevet FR2943717A1 — publié le 20101001

Titre de l'invention Stator de compresseur ou turbine de turbomachine permettant un contrôle du jeu en sommet d'aubes d'un rotor en regard. Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine du contrôle de jeu entre le sommet des aubes rotatives et une virole située en regard d'un stator de compresseur axial ou de turbine. L'invention se destine à tout type de turbomachine, terrestre ou aéronautique, et plus particulièrement aux turboréacteurs d'avion ou aux turbines d'hélicoptère. Le rendement d'un compresseur ou d'une turbine est fortement dépendant du jeu existant entre le sommet des aubes mobiles et la virole. Plus le jeu est faible en fonctionnement, plus la performance du compresseur ou de la turbine est élevée. Or, ce jeu est éminemment variable en fonction des conditions d'environnement thermique mais également en fonction de la vitesse de rotation des aubes mobiles, ce qui rend très difficile une optimisation dimensionnelle de la virole permettant d'avoir un jeu en sommet d'aubes le plus faible possible pour tous les régimes de fonctionnement de la turbomachine. On connaît le document EP 1777373 qui divulgue un pilotage du 20 jeu en sommets d'aubes mobiles d'une turbine par chauffage électrique du stator. Néanmoins, tel qu'il est réalisé, ce chauffage du stator présente une efficacité limitée et peut même avoir un impact négatif sur le fonctionnement de la turbine. 25 Objet et résumé de l'invention La présente invention a pour but de surmonter les inconvénients de l'art antérieur tout en permettant de régler, de façon optimale, le jeu en sommets d'aubes mobiles d'une turbomachine. A cette fin, l'invention se rapporte à un stator de compresseur 30 axial ou de turbine de turbomachine comprenant : - une virole ayant une face interne destinée à délimiter une veine d'écoulement d'un flux gazeux, et - des moyens de chauffage, caractérisé en ce que la virole est munie des moyens de chauffage aptes à 35 être commandés pour provoquer une variation dimensionnelle radiale de la virole et en ce que la virole comprend des moyens d'isolation thermique pour isoler thermiquement lesdits moyens de chauffage par rapport à un flux d'air environnant. Grâce à la disposition particulière des moyens de chauffage sur ou dans la virole et à la présence de moyens d'isolation thermique des moyens de chauffage, il est possible de contrôler le jeu entre les sommets d'aubes rotatives et la virole du stator de la façon la plus efficace. Dans le cas en particulier d'un compresseur, on peut ainsi éviter les zones favorables aux pompages et aux décollements. De plus, par les moyens d'isolation thermique, on évite un impact négatif lié aux échanges de chaleur entre les moyens de chauffage et l'air environnant. Dans le cas d'un compresseur, on peut ainsi éviter, par une isolation du côté interne de la virole, un réchauffement du flux d'air s'écoulant dans la veine, ce qui pourrait affecter la ligne de fonctionnement du compresseur. Dans le cas d'une turbine, on peut éviter une interaction avec un flux d'air circulant du côté interne du support d'anneau de ladite turbine, comme par exemple un flux d'air de refroidissement amené au niveau de la turbine. De manière générale, et en fonction des architectures et choix de ventilation, il est utile de protéger les moyens de chauffage de tout flux d'air entraînant des déperditions thermiques. D'autres caractéristiques du stator de compresseur ou de turbine de turbomachine sont indiquées ci-après. Dans le cas d'un stator de compresseur, des moyens d'isolation thermique sont de préférence prévus pour isoler thermiquement les moyens de chauffage au moins par rapport au côté interne de la virole. De préférence alors, les moyens de chauffage sont situés sur ou à proximité de la face externe de la virole tandis que les moyens d'isolation sont situés sur ou à proximité de la face interne de la virole. Lorsque la virole comprend du côté interne un revêtement en matériau abradable, ce revêtement constitue avantageusement au moins en partie les susdits moyens d'isolation. De préférence, dans le cas d'un stator de compresseur ou de turbine, des moyens d'isolation thermique sont prévus pour isoler thermiquement les moyens de chauffage du côté externe de la virole. Dans ce cas, les moyens d'isolation thermique externes peuvent comporter un revêtement couvrant fixé sur la face externe de la virole. Selon un mode de réalisation, les moyens de chauffage comportent au moins une résistance électrique. La présente invention se rapporte également à un compresseur ainsi qu'à une turbine, comprenant un rotor portant une pluralité d'aubes et un stator, entourant le rotor, tel que défini ci-dessus. Avantageusement, le compresseur, ou la turbine comprend un détecteur de jeu entre les sommets d'aubes et la virole et un circuit de régulation pour commander les moyens de chauffage afin de maintenir le jeu sensiblement à une valeur prédéterminée. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le compresseur ou la turbine comprend plusieurs étages comprenant chacun un rotor portant une pluralité d'aubes et un stator entourant le rotor, et en ce que des moyens de chauffage distincts associés à différents étages respectifs sont aptes à être commandés indépendamment les uns des autres. Enfin, la présente invention se rapporte aussi à une turbomachine comprenant un compresseur ou une turbine tel que définis ci-dessus. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes préférés de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels - La figure 1 est une demi-vue en coupe schématique d'un compresseur axial de turbomachine selon la présente invention ; - la figure 2 est une vue sensiblement agrandie de la portion du compresseur axial dans lequel une variante d'exécution de l'invention a été mise en place. Description détaillée d'un mode de réalisation Les figures 1 et 2 illustrent l'invention dans le cadre d'un compresseur axial de turbomachine classique, ne présentant aucune modification structurelle ou fonctionnelle outre les aspects propres à l'invention. Les termes "axial" et "radial" sont utilisés en référence à l'axe 35 de la turbomachine, tandis que les termes � interne � et � externe � sont utilisés en fonction de la proximité de l'axe de la turbomachine. Sur la figure 1, deux étages de compression 2, 3 d'un compresseur axial sont visibles. Chaque étage de compression 2, 3 comprend un ensemble d'aubes fixes, ou non rotatives, 5 portées par une virole 12 du stator 10 du compresseur et un ensemble d'aubes mobiles 7 portées par le rotor 20 du compresseur. Outre la virole 12, le stator du compresseur comprend un carter externe et au moins une pièce de liaison (non représentée) reliant la virole 12 au carter 14. La face interne 12a de la virole 12 délimite la veine d'écoulement du flux d'air dans le compresseur, veine dont la section est décroissante dans le sens d'écoulement du flux gazeux, la virole 12 ayant une forme générale sensiblement conique. De façon connue, la face interne 12a est munie d'un revêtement abradable 16 en regard des sommets des aubes mobiles 7. Les aubes mobiles 7 de chaque étage sont reliées à un disque de rotor respectif 22, dont seule une portion est apparente sur la figure 1 par encastrement de leurs pieds 7a. Dans les deux exemples choisis pour illustrer l'invention, la virole 12 est munie de moyens de chauffage comprenant au moins une résistance électrique 30 alimentée en courant électrique sous la commande d'une unité de commande 40 située à distance. Sur la figure 1 seule une résistance électrique 30 associée à l'étape de compresseur 2 est représentée. La résistance électrique 30 est de préférence placée sur la face externe 12b de la virole 12 ou est disposée dans la virole 12 au voisinage de la face externe 12b, et axialement sur une longueur sensiblement égale à la dimension axiale des aubes mobiles 7. La résistance électrique 30 peut consister notamment en une nappe annulaire continue en un matériau à haute résistivité électrique ou en un bobinage électrique résistif, et s'étend sur toute la circonférence de la virole 12. La résistance 30 peut être formée d'une pluralité d'éléments résistifs alimentés en commun ou séparément. La virole 12 présente, sur sa face interne 12a, une portion ou section en regard des aubes mobiles 7 constituée d'un revêtement abradable 16. Lorsque les aubes mobiles 7 viennent à contacter la virole 6, les aubes mobiles 7 contactent ce revêtement 16 et ce dernier s'use préférentiellement aux aubes mobiles 7. L'utilisation de ce type de matériaux est classique dans la technologie des turbomachines, à chaque fois que des pièces mobiles doivent venir au plus près de pièces fixes. Des moyens d'isolation thermique sont prévus pour isoler thermiquement la résistance 30 par rapport au côté interne de la virole 12. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'isolation est assurée par le revêtement abradable 16 qui est alors choisi en un matériau présentant les qualités d'isolation thermique requises. On pourra, par exemple, utiliser un revêtement abradable obtenu par projection de poudres commercialisées sous les références "Metco 601" on "Metco 2043" par la société suisse Sulzer Metco ou un revêtement abradable contenant un polyester, des porosités ou un composé à faible conductivité thermique (par exemple inférieure à 2 W/m °C). Dans le mode de réalisation de la figure 2, les moyens d'isolation thermique du côté interne de la virole 12 comprennent une couche de matériau isolant 17 distincte du revêtement abradable 16 et interposée entre celui-ci et la résistance 30. La couche isolante 17 est par exemple adjacente au revêtement abradable 16 et contribue à l'isolation thermique seule ou éventuellement en complément du revêtement abradable 16. Dans les exemples illustrés, des moyens d'isolation thermique externe 18 sont en outre prévus pour isoler thermiquement la résistance 30 de l'environnement de la virole 12 du côté externe de celle-ci. Les moyens d'isolation externe 18 sont sous forme d'une bande annulaire en matériau isolant. La bande 18 recouvre l'intégralité de la résistance 30 et est fixée sur la face externe 12b de la virole 12 par tous moyens appropriés, par exemple par collage ou liaison mécanique. Sur la figure 1, seule une résistance électrique et les moyens d'isolation associés sont représentés. Bien entendu, on pourra prévoir de disposer des moyens de chauffage électriques et d'isolation sur chaque étage de compresseur ou seulement certains d'entre eux. Dans ce dernier cas, les moyens de chauffage électrique 30 associés à différents étages de compresseur pourront être commandés par l'unité de commande 40 indépendamment les uns des autres. En fonctionnement, la résistance électrique 30 est alimentée 35 pour provoquer une dilatation donc essentiellement une variation dimensionnelle radiale de la virole 12 afin de piloter le jeu j. Cela peut être effectué sous le contrôle de l'unité de régulation principale de la turbomachine en fonction du régime de fonctionnement de celle-ci. Dans ce cas, l'unité de commande 40 est pilotée par l'unité de régulation de la turbomachine. En variante, un ou plusieurs capteurs 41 peuvent être montés sur la virole 12 pour fournir un signal représentatif de la valeur du jeu j. Ce signal est transmis à l'unité de commande 40 pour maintenir le jeu j à une valeur désirée. Le ou les capteurs 41 peuvent être de type inductif ou capacitif. Dans les deux cas, l'unité de commande 40 peut être distincte de l'unité de régulation de la turbomachine ou intégrée à celle-ci. Lorsque la résistance électrique 30 est alimentée, les moyens d'isolation interne 16 ou 17 permettent d'éviter un réchauffement du flux d'air circulant dans la veine du compresseur, et qui pourrait perturber le 15 fonctionnement du compresseur. Les moyens d'isolation externe 18 permettent d'éviter un réchauffement d'un flux d'air circulant du côté externe de la virole, tel qu'un flux d'air prélevé au compresseur à des fins de refroidissement d'autres parties de la turbomachine. Les moyens d'isolation externe 18 20 permettent aussi de limiter les pertes calorifiques par rayonnement et convection. Lorsque la partie de la virole où sont implantés les moyens de chauffage est située du côté externe, au niveau d'une cavité morte, c'est-à-dire non parcourue par un flux d'air, les moyens d'isolation externe 18 pourront éventuellement être omis, si la perte calorifique par rayonnement 25 ne justifie pas le coût et la masse induits par l'ajout de ces moyens d'isolation. On a décrit ci-avant une application de l'invention à un compresseur de turbomachine. L'invention peut aussi être appliquée à une turbine de 30 turbomachine. Il est alors également nécessaire de protéger les moyens de chauffage de tout flux d'air environnant. REVENDICATIONS1. Stator de compresseur axial ou de turbine de turbomachine comprenant : - une virole (12) ayant une face interne destinée à délimiter une veine d'écoulement d'un flux gazeux, et - des moyens de chauffage (30), caractérisé en ce que la virole (12) est munie des moyens de chauffage (30) aptes à être commandée pour provoquer une variation dimensionnelle radiale de la virole et en ce que la virole (12) comprend des moyens d'isolation thermique (16, 18 ; 16, 17, 18) pour isoler thermiquement lesdits moyens de chauffage (30) par rapport à un flux d'air environnant. 2. Stator de compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens d'isolation thermique (16 ; 16, 17) sont prévus pour isoler thermiquement les moyens de chauffage (10) par rapport au côté interne de la virole (12). 3. Stator de compresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (30) sont situés sur ou à proximité de la face externe (12b) de la virole (12) tandis que les moyens d'isolation (16 ; 16, 17) sont situés sur ou à proximité de la face interne (12a) de la virole (12). 4. Stator de compresseur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la virole (12) comprend du côté interne un revêtement (16) en matériau abradable, qui constitue au moins en partie les moyens d'isolation thermique. 5. Stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'isolation thermique externe (18) aptes à isoler thermiquement les moyens de chauffage (30) du côté externe (12) de la virole (12). 6. Stator selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'isolation thermique externe comportent un revêtement couvrant (18) fixé sur la face externe (12b) de la virole (12). 7. Stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (10) comportent au moins une résistance électrique. 8. Compresseur axial, comprenant un rotor (20) portant une pluralité d'aubes (7) et un stator, entourant le rotor (20), selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Turbine, comprenant un rotor (20) portant une pluralité d'aubes (7) et un stator, entourant le rotor (20), selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 10. Compresseur ou turbine basse pression selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur (41) de jeu (j) entre les sommets d'aubes (7) et la virole (12) et un circuit de régulation (40) pour commander les moyens de chauffage (30) afin de maintenir le jeu (j) sensiblement à une valeur prédéterminée. 11. Compresseur ou turbine selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs étages (2, 3) comprenant chacun un rotor (20) portant une pluralité d'aubes (7) et un stator entourant le rotor (20), et en ce que des moyens de chauffage (30) distincts associés à différents étages (2, 3) sont aptes à être commandés indépendamment les uns des autres. 12. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur ou une turbine selon l'une quelconque des revendications 8 à 11.