Brevet FR2958323A1 — publié le 20111007

ETAGE REDRESSEUR DE COMPRESSEUR POUR UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne un étage redresseur de 5 compresseur pour une turbomachine, en particulier pour un compresseur basse-pression ou haute-pression de turbomachine. Un compresseur de turbomachine comporte au moins un étage redresseur comportant deux viroles coaxiales s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et entre lesquelles s'étendent des pales sensiblement radiales qui 10 sont raccordées par leurs extrémités radiales aux viroles. La virole externe d'un étage redresseur comporte des orifices radiaux dans lesquels sont engagées et fixées, en général par soudage, les extrémités radialement externes des pales. La virole interne de l'étage redresseur comporte des orifices radiaux dans lesquels sont engagées 15 avec jeu les extrémités radialement internes des pales. Dans la technique actuelle, les jeux entre les extrémités internes des pales et les bords des orifices de la virole interne, sont comblés avec une résine polymérisable de scellement à base de silicone, qui assure la liaison mécanique entre les pales et la virole interne. La résine est injectée 20 directement sur les extrémités internes des pales, sur une épaisseur en direction radiale relativement importante (quelques millimètres), afin de noyer ces extrémités. Cette résine est relativement souple et a un comportement viscoélastique, ce qui lui permet d'absorber les tolérances de positionnement des pièces et les déplacements relatifs dus aux 25 dilatations thermiques en fonctionnement, tout en apportant un amortissement des vibrations et une étanchéité au niveau des extrémités internes des pales. Cependant, cette résine ne résiste pas à des températures supérieures à 250°C, et ne peut donc pas être utilisée dans un 30 compresseur dont les températures de fonctionnement excédent 300°C. En effet, il n'existe pas actuellement de résine ou d'élastomère qui soit injectable sur pièce, sur une épaisseur relativement importante, et qui supporte des températures supérieures à 300°C. La présente invention apporte une solution simple, efficace et économique à ce problème. Elle a pour objet un étage redresseur d'un compresseur basse-pression ou haute-pression de turbomachine, dont les températures de fonctionnement peuvent excéder 300°C, voire 350°C. L'invention propose à cet effet un étage redresseur de compresseur pour une turbomachine, comportant deux viroles coaxiales, respectivement interne et externe, entre lesquelles s'étendent des pales sensiblement radiales dont les extrémités radialement externes sont soudées à la virole externe et dont les extrémités radialement internes sont solidarisées à la virole interne par des moyens d'étanchéité et d'amortissement des vibrations, caractérisé en ce que la virole interne comporte deux anneaux coaxiaux fixés l'un à l'intérieur de l'autre, l'anneau externe comportant des orifices de passage des extrémités internes des pales et délimitant avec l'anneau interne une cavité annulaire de logement de cales inter-pales d'étanchéité et d'amortissement des vibrations, qui sont chacune montées entre les extrémités internes de deux pales adjacentes et sont en appui sur ces extrémités. Les cales inter-pales assurent une liaison mécanique, d'étanchéité et d'amortissement des vibrations, entre les pales et la virole interne et remplacent la résine de scellement utilisée dans la technique antérieure. Elles sont réalisées dans un matériau élastiquement déformable tel qu'un élastomère, de façon à assurer l'amortissement des vibrations auxquelles les pales sont soumises en fonctionnement, ainsi que l'étanchéité au niveau des extrémités internes des pales. Par ailleurs, ce matériau est choisi pour résister à des températures élevées supérieures à 300°C. Les cales inter-pales sont avantageusement réalisées en élastomère perfluoré, par exemple du type FFKM. La présente invention présente d'autres avantages : les cales inter-pales sont démontables et éventuellement remplaçables lors d'une opération de maintenance, et elles autorisent des déplacements relatifs des pales et de la virole interne de l'étage redresseur en fonctionnement. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque cale inter-pales est en appui sur l'intrados de l'extrémité interne d'une pale et sur l'extrados de l'extrémité interne d'une pale adjacente. Les cales sont en outre en appui sur les anneaux de la virole interne et permettent de combler les espaces inter-pales dans la cavité annulaire, de façon notamment à empêcher la circulation d'air dans ces espaces. En fonctionnement, du fait que les cales ont une plus grande dilatation thermique que les pales et les viroles, la pression exercée par les cales sur ces pièces augmente. Cette pression autorise toutefois les déplacements relatifs des pièces de l'étage redresseur, et en particulier le glissement en direction radiale des extrémités radialement internes des pales entre les cales, du fait des dilatations différentielles. Avantageusement, chaque cale comporte un premier bord longitudinal incurvé convexe destiné à épouser la forme de l'intrados de l'extrémité interne d'une pale, et un second bord longitudinal incurvé concave destiné à épouser la forme de l'extrados de l'extrémité interne d'une pale adjacente. Les cales selon l'invention peuvent être obtenues par moulage. De préférence, à l'état sans contrainte, les cales inter-pales définissent un diamètre externe supérieur au diamètre externe de la cavité annulaire définie par les anneaux de la virole interne, de façon à ce que les cales soient montées avec une précontrainte en direction circonférentielle dans cette cavité. Ceci permet d'assurer une bonne liaison mécanique entre les pales et la virole interne. Les anneaux de la virole interne peuvent être fixés l'un à l'autre par des moyens du type vis écrou. La virole interne a ainsi l'avantage d'être facilement démontable, son anneau interne pouvant être démonté par dévissage des moyens du type vis-écrou, de façon à avoir accès aux cales inter-pales, en vue de leur remplacement par exemple. Les extrémités internes des pales sont destinées à traverser avec jeu les orifices de l'anneau externe de la virole interne. Les jeux entre les extrémités internes des pales et les bords de ces orifices peuvent être comblés par injection d'une résine ou colle polymérisable ou par des bourrelets de matière portés par les cales inter-pales. Il est ici possible de combler ces jeux par injection d'une résine ou colle polymérisable résistant à des températures élevées (supérieures à 300°C), car l'épaisseur de résine injectée est relativement faible. La présente invention concerne également une cale inter-pales pour un étage redresseur de turbomachine tel que décrit ci-dessus, cette cale étant réalisée en élastomère perfluoré et comprenant un premier bord longitudinal incurvé concave destiné à épouser la forme de l'extrados d'une pale et un second bord longitudinal incurvé convexe destiné à épouser la forme de l'intrados d'une pale adjacente. L'invention concerne encore un procédé de montage d'un étage redresseur de turbomachine tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) engager les extrémités radialement externes des pales dans des orifices de la virole externe et les extrémités radialement internes des pales dans des orifices de l'anneau externe de la virole interne, b) souder les extrémités externes des pales à la virole externe, c) monter les cales inter-pales entre les extrémités internes des pales, à l'intérieur de l'anneau externe de la virole interne, et d) rapporter l'anneau interne de la virole interne à l'intérieur de l'anneau externe et le fixer par des moyens du type vis écrou à cet anneau externe. Les cales inter-pales peuvent être collées à l'anneau externe de la virole interne, lors de l'étape c), pour faciliter leur montage. La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une demie vue schématique partielle en coupe axiale d'un compresseur de turbomachine comportant un étage redresseur selon 5 la technique antérieure, - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective d'un étage redresseur selon l'invention, - la figure 3 est une vue schématique partielle en perspective de la virole interne et de pales de l'étage redresseur de la figure 2, et 10 - la figure 4 est une vue schématique en perspective de deux pales et de deux cales inter-pales de l'étage redresseur de la figure 2. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un compresseur basse-pression de turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant des étages redresseurs 10 entre 15 lesquels sont montés des étages d'aubes mobiles 12. Chaque étage d'aubes mobiles 12 comprend un disque 14 portant à sa périphérie une rangée annulaire d'aubes 16 sensiblement radiales entourées par un carter 18 du compresseur. Chaque étage redresseur 10 comprend deux viroles, respectivement 20 interne 20 et externe 22, entre lesquelles s'étendent une rangée annulaire de pales 24 sensiblement radiales, la virole externe 22 étant fixée au carter 18 par des moyens du type vis-écrou 26. Dans la technique actuelle, les extrémités radialement externes des pales 24 sont soudées à la virole externe 22. Les extrémités radialement 25 internes des pales 24 sont engagées avec jeu dans des orifices de la virole interne 20 et sont rendues solidaires de cette virole interne 20 par injection d'une résine de scellement destinée à combler les jeux entre les extrémités internes des pales et les bords des orifices de la virole interne. Cependant, comme expliqué dans ce qui précède, cette résine de 30 scellement qui est injectée directement sur les extrémités radialement internes des pales, a une tenue en température relativement faible. L'invention apporte une solution à ce problème grâce à des moyens de liaison mécanique des extrémités radialement internes des pales à la virole interne, qui résistent à des températures élevées (supérieures à 300°C) et qui ont des propriétés thermo-mécaniques, d'étanchéité et d'amortissement des vibrations, semblables à celles d'une résine de scellement de la technique antérieure. Dans l'exemple de réalisation de l'invention représenté aux figures 2 à 4, les extrémités radialément externes des pales 124 sont soudées à la virole externe 122 et des cales inter-pales 140 sont montées entre leurs extrémités radialement internes dans une cavité annulaire de la virole interne et prennent appui en direction circonférentielle sur les extrémités des pales. La virole externe 122 de l'étage redresseur 110 représenté en figure 2 comprend plusieurs orifices radiaux traversants 130 ayant une forme sensiblement parallélépipédique et allongée en direction longitudinale. Chaque pale 124 est solidaire à son extrémité radialement externe d'une plate-forme 132 de forme complémentaire de celle des orifices précités de la virole externe 122 (figure 4). La plate-forme 132 de chaque pale est engagée dans un orifice 130 de la virole externe 122 et est soudée à cette virole, par exemple par un cordon de soudure s'étendant le long du bord de l'orifice 130 (figure 2). La virole interne 120 de l'étage redresseur 110 comprend deux anneaux 134 et 136 coaxiaux, qui s'étendent l'un à l'intérieur de l'autre et qui définissent entre eux une cavité annulaire 137 de logement des cales inter-pales 140 (figure 2). L'anneau externe 136 de la virole interne 120, visible aux figures 2 et 3, comprend des orifices radiaux 138 traversés par les extrémités radialement internes des pales qui s'étendent jusque dans la cavité annulaire 137 précitée. Des jeux de montage 139 sont prévus entre les extrémités internes des pales et les bords des orifices 138 de l'anneau 136, pour autoriser l'assemblage de l'étage redresseur. L'anneau interne 134 s'étend à l'intérieur de l'anneau externe 136 et des pales 124 et est destiné à fermer la cavité 137. Il est dépourvu d'orifices de passage des pales, les extrémités radialement internes des pales étant situées à proximité de la surface externe de l'anneau 134. L'anneau 134 comprend à son extrémité aval une bride annulaire radialement interne 142 qui est appliquée et fixée par des moyens du type vis-écrou 144 sur une bride annulaire radialement interne 146 de l'anneau externe 136. Ce mode de fixation des anneaux de la virole interne 120 permet le démontage de cette virole, par exemple en vue du changement des cales inter-pales 140. Les cales inter-pales 140 s'étendent dans la cavité 137, entre les anneaux interne 134 et externe 136. Chaque cale 120 est interposée entre les extrémités radialement internes de deux pales 124 adjacentes (figure 4). Leur nombre est égal à celui des pales de l'étage redresseur, et est par exemple de 100 environ. Chaque cale 140 est moulée en un matériau élastiquement déformable du type élastomère résistant à des températures supérieures à 300°C. Les cales 140 sont avantageusement réalisées en élastomère perfluoré, par exemple celui commercialisé par la société DuPont de Nemours sous le nom Kalrez® 7075 ou par la société Trelleborg sous le nom Isolast® 8325, ces deux produits résistant à des températures pouvant atteindre 320°C. Dans des applications ou les températures de fonctionnement sont plus faibles, les cales peuvent être réalisées en élastomère silicone, fluorosilicone, fluorocarbone, caoutchouc, etc. Ce type de matériau est bien connu pour des applications nécessitant une étanchéité et est ici utilisé pour une application de calage et d'amortissement. Chaque cale 140 comprend deux bords transversaux rectilignes 150, reliés entre eux par des bords longitudinaux incurvés, respectivement 30 concave 152 et convexe 154. Le bord longitudinal concave 152 de chaque cale 140 a une forme complémentaire de l'extrados 156 de l'extrémité radialement interne d'une pale et est destiné à être en appui sur cet extrados. Le bord longitudinal convexe 154 de chaque cale a une forme complémentaire de l'intrados 158 de l'extrémité radialement interne d'une pale et est destiné à être en appui sur cet intrados. Les cales 140 définissent un diamètre externe supérieur au diamètre externe de la cavité 137, de façon à ce qu'elles soient montées en précontrainte en direction circonférentielle dans la cavité 137, et soient légèrement comprimées dans cette même direction entre les extrémités radialement internes des pales. L'étage redresseur 110 des figures 2 à 4 peut être assemblé de la façon suivante : l'anneau externe 136 de la virole interne 120 est disposé à l'intérieur de la virole externe 122. Dans le cas où la virole externe 122 et/ou l'anneau externe 136 sont sectorisés, leurs secteurs sont disposés circonférentiellement bout à bout. Les pales 124 sont disposées entre la virole externe 122 et l'anneau externe 136 en insérant leurs extrémités radialement externes dans les orifices 130 de la virole externe et leurs extrémités radialement internes dans les orifices 138 de l'anneau externe. Les jeux 139 précités entre les extrémités internes des pales et les bords des orifices de l'anneau externe sont optimisés pour autoriser ce montage. Les extrémités radialement externes des pales sont soudées à la virole externe. Les cales inter-pales 140 sont montées à l'intérieur de l'anneau externe 136, entre les extrémités radialement internes des pales, et sont éventuellement collées sur une surface radialement interne de l'anneau 136. L'anneau interne 134, qui peut être également sectorisé, est ensuite monté à l'intérieur de l'anneau externe 136 et fixé à cet anneau, de préférence par boulonnage. Dans une variante non représentée, les jeux 139 précités entre les extrémités internes des pales et les bords des orifices de l'anneau externe (figure 3) peuvent être comblés par injection d'une faible épaisseur de résine polymérisable de scellement, telle par exemple qu'une résine à base de silicone. Dans une autre variante, ces jeux peuvent être comblés avec des bourrelets de matière des cales inter-pales, chaque cale comprenant alors un premier bourrelet s'étendant le long de son bord longitudinal incurvé concave et destiné à être inséré entre l'extrados d'une pale et le bord de l'orifice de la virole, situé en vis-à-vis de cet extrados, et un second bourrelet s'étendant le long de son bord longitudinal convexe et destiné à être inséré entre l'intrados d'une pale et le bord de l'orifice de la virole, situé en vis-à-vis de cet intrados. REVENDICATIONS1. Etage redresseur (110) de compresseur pour une turbomachine, comportant deux viroles coaxiales, respectivement interne (120) et externe (122), entre lesquelles s'étendent des pales (124) sensiblement radiales dont les extrémités radialement externes sont soudées à la virole externe et dont les extrémités radialement internes sont solidarisées à la virole interne par des moyens d'étanchéité et d'amortissement des vibrations, caractérisé en ce que la virole interne comporte deux anneaux coaxiaux (134, 136) fixés l'un à l'intérieur de l'autre, l'anneau externe comportant des orifices (138) de passage des extrémités internes des pales et délimitant avec l'anneau interne une cavité annulaire (137) de logement de cales inter-pales (140) d'étanchéité et d'amortissement des vibrations, qui sont chacune montées entre les extrémités internes de deux pales adjacentes et sont en appui sur ces extrémités. 2. Etage redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cale inter-pales (140) est en appui sur l'intrados (158) de l'extrémité interne d'une pale et sur l'extrados (156) de l'extrémité interne d'une pale adjacente. 3. Etage redresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque cale inter-pales (140) comporte un premier bord longitudinal (154) incurvé convexe destiné à épouser la forme de l'intrados (158) de l'extrémité interne d'une pale, et un second bord longitudinal (152) incurvé concave destiné à épouser la forme de l'extrados (156) de l'extrémité interne d'une pale adjacente. 4. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cales inter-pales (140) sont en appui sur les anneaux (134, 136) de la virole interne (120). 5. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à l'état sans contrainte, les cales inter-pales (140) définissent un diamètre externe supérieur au diamètre externe de la cavitéannulaire (137) défini par les anneaux (134, 136) de la virole interne (120), de façon à être montées avec une précontrainte en direction circonférentielle dans cette cavité. 6. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les anneaux (134, 136) de la virole interne (140) sont fixés l'un à l'autre par des moyens (144) du type vis écrou. 7. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cales inter-pales (140) sont moulées en un élastomère, par exemple perfluoré, supportant des températures d'au moins 300°C. 8. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités radialement internes des pales (124) traversent avec jeu les orifices (138) de l'anneau externe (136), les jeux (139) entre les extrémités radialement internes des pales et les bords de ces orifices étant comblés avec une résine ou colle polymérisable ou avec des bourrelets de matière portés par les cales inter-pales (140). 9. Cale inter-pales (140) pour un étage redresseur (110) de turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en élastomère perfluoré et comprend un premier bord longitudinal (152) incurvé concave destiné à épouser la forme de l'extrados (156) d'une pale et un second bord longitudinal (154) incurvé convexe destiné à épouser la forme de l'intrados (158) d'une pale adjacente. 10. Procédé de montage d'un étage redresseur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: a) engager les extrémités radialement externes des pales (124) dans des orifices (130) de la virole externe (122) et les extrémités radialement internes des pales dans des orifices (138) de l'anneau externe (136) de la virole interne (120), b) souder les extrémités externes des pales à la virole externe,c) monter les cales inter-pales (14 0) entre les extrémités internes des pales, à l'intérieur de l'anneau externe de la virole interne, et d) rapporter l'anneau interne (134) de la virole interne à l'intérieur de l'anneau externe et le fixer par des moyens (144) du type vis écrou à cet 5 anneau externe. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les cales inter-pales (140) sont collées à l'anneau externe (136) de la virole interne, lors de l'étape c).