Brevet FR2962762A1 — publié le 20120120

AUBE DE COMPRESSEUR DANS UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne une aube de compresseur ainsi qu'une turbomachine équipée d'un tel compresseur. Classiquement, une turbomachine comprend un compresseur basse 5 pression et un compresseur haute pression agencés en amont d'une chambre de combustion. Le compresseur haute pression comporte plusieurs rangées annulaires d'aubes mobiles et de redresseurs agencées en alternance les unes avec les autres. Les redresseurs sont fixés à leurs extrémités 10 radialement externes sur un carter définissant la paroi externe d'écoulement du flux d'air primaire circulant dans la turbomachine. Les aubes mobiles de chaque rangée sont portées à leur extrémité radialement interne par un disque relié à un arbre du compresseur haute pression entraîné par un arbre d'une turbine haute pression située en aval. 15 Afin de limiter les pertes aérodynamiques dans le compresseur, il est souhaitable de réduire le jeu entre le sommet des aubes et le carter qui les entoure. A cette fin, la surface interne du carter comporte des anneaux en matériau abradable, placés en vis-à-vis radial des extrémités radialement externes des aubes mobiles de chaque rangée. L'épaisseur de matériau 20 abradable est initialement dimensionnée de manière à permettre toutes les interférences entre les sommets d'aubes et l'abradable en fonctionnement sans enlever toute l'épaisseur de l'abradable. Un frottement peut ainsi s'établir entre les extrémités radialement externes des aubes et les anneaux abradable, lors des phases de rodage de la turbomachine ou lors 25 des phases d'accélération ou de décélération du fait des dilatations thermiques et des contraintes mécaniques différentielles entre les parties fixes et mobiles. Dans la technique actuelle, l'extrémité radialement externe de la face d'intrados de chaque aube est perpendiculaire à la direction d'avance de l'aube. L'extrémité radialement externe de l'aube pénètre à l'intérieur de l'anneau abradable pour y enlever une partie de l'abradable. Ce contact entre l'extrémité de la face d'intrados de l'aube et l'abradable ne permet pas d'avoir une coupe franche de l'abradable, ce qui peut générer des efforts et des échauffements importants en sommets d'aubes et donner lieu à la formation de défauts tels que des criques ou fissures en sommets d'aubes. Cela conduit parfois à augmenter les vibrations des aubes et du carter pouvant les fragiliser davantage. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème tout en évitant les inconvénients précités. A cette fin, elle propose une aube de rotor, en particulier pour un compresseur de turbomachine, destinée à tourner à l'intérieur d'un anneau en matière abradable porté par un carter de la turbomachine, et ayant une extrémité susceptible de frotter sur l'abradable, caractérisée en ce que la surface d'intrados de l'aube comprend, à l'extrémité précitée de l'aube, une face de coupe de l'abradable. A la différence de la technique antérieure, l'extrémité de l'aube venant en contact avec l'abradable comporte une face de coupe facilitant la coupe de l'abradable lors de la pénétration. De cette manière, les efforts de coupe générés sur l'aube sont réduits, ce qui permet de réaliser une coupe franche et diminue les vibrations et les risques de formation de criques ou fissures en sommet d'aube. Avantageusement, la surface d'intrados de l'aube comprend, à son extrémité précitée, un renfoncement s'étendant entre le bord d'attaque et le bord de fuite de l'aube et dont une surface est raccordée à une arête de l'extrémité de l'aube, cette surface étant inclinée d'un angle non nul par rapport à la face d'intrados de la pale et formant la face de coupe précitée. Cet angle de coupe non nul a pour effet de rendre plus coupante l'arête joignant la face de coupe à la face d'extrémité d'aube, c'est-à-dire la face en sommet d'aube s'étendant entre les faces d'intrados et d'extrados. Cette face de coupe à angle non nul permet également de former de plus petits copeaux d'abradable. Le renfoncement peut être réalisé par fraisage, par exemple au moyen d'une fraise sphérique permettant de former par exemple un renfoncement à profil incurvé concave. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'angle de coupe formé par la face de coupe avec la surface d'intrados est inférieur à 50° et de préférence compris entre 10° et 45°. Cet angle de coupe est choisi en fonction du matériau de l'abradable. Plus le matériau abradable est dur, plus l'angle de coupe sera petit. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'angle de coupe varie entre le bord d'attaque et le bord de fuite de l'aube. L'invention concerne également un compresseur comprenant au moins un disque de rotor portant des aubes du type décrit précédemment. L'angle de coupe des aubes d'un étage amont peut être plus grand que l'angle de coupe des aubes d'un étage aval, puisque l'abradable est généralement plus dur dans la partie aval du compresseur. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant un compresseur tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demie vue schématique en coupe axiale d'un compresseur haute pression dans une turbomachine selon la technique antérieure ; la figure 2 représente schématiquement le déplacement d'une aube mobile du compresseur haute pression de la figure 1 ; la figure 3 représente schématiquement une aube selon l'invention, en contact avec l'anneau abradable. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un compresseur haute pression 10 de turbomachine d'axe 12, agencé en aval d'un compresseur basse pression (non représenté) et en amont d'une chambre de combustion 14. Le compresseur haute pression 10 comprend plusieurs étages comportant chacun un redresseur 16 disposé en aval d'une roue à aubes 18 formée par un disque 20 portant sur sa périphérie externe des aubes 22 régulièrement réparties autour de l'axe 12. Les disques 20 sont reliés par une paroi tronconique 24 à un arbre 26 du compresseur haute pression lequel est entraîné par un arbre de la turbine haute pression agencée en sortie de la chambre de combustion 14. Les extrémités radialement externes des redresseurs 16 sont fixées à un carter 28 définissant la paroi externe de la veine d'écoulement d'air primaire de la turbomachine. Le carter 28 porte sur sa face interne des garnitures d'étanchéité sous forme d'anneaux 30 en matériau abradable agencés en vis-à-vis radial des sommets d'aubes (figure 2). Ces anneaux 30 sont rendus nécessaires par le fait que le carter 28 et le rotor 26 du compresseur haute pression 10 se comportent mécaniquement et thermiquement de manière différente lors des différentes phases de fonctionnement de la turbomachine. Dès lors, les anneaux en matériau abradable permettent aux extrémités radialement externes des aubes de frotter sur le matériau abradable, ce qui permet de limiter au mieux les jeux en sommets d'aube et par suite les circulations parasites d'air à cet endroit. Comme représenté en figure 2, l'extrémité radialement externe de chaque aube 22 comprend une face d'extrémité sensiblement plane 32 joignant les faces d'intrados 34 et d'extrados 36 de l'aube 22. Cette face d'extrémité 32 est parallèle à la direction de rotation 38 des aubes 22. L'extrémité radialement externe 40 de la face d'intrados 34 de l'aube 22 est sensiblement perpendiculaire à la direction d'avance de l'aube 22, ce qui ne permet pas une coupe franche de l'abradable par la face d'extrémité 40 lorsque celle-ci pénètre dans l'abradable. Dès lors, des efforts importants sont générés en sommet d'aube pour enlever une épaisseur e d'abradable conduisant à un échauffement du sommet de l'aube et à la formation de défauts. Selon l'invention, l'extrémité radialement externe 40 joignant la face d'extrémité de l'aube est configurée de manière à présenter une face de coupe 42 de l'abradable formant un angle a non nul par rapport à la face d'intrados 34 de l'aube 44. A cette fin, l'extrémité radialement externe de la surface d'intrados de l'aube comprend un renfoncement 46 s'étendant entre le bord d'attaque et le bord de fuite de l'aube. La surface de fond du renfoncement forme une face de coupe 42 de l'abradable et a un profil ayant un rayon de courbure constant. Elle est raccordée à la face d'extrémité 32 de l'aube 44 de manière à former une arête de coupe 48. Avantageusement, l'angle de coupe a compris entre la face d'intrados et la tangente à la surface 42 au niveau de l'arête 48, est inférieur à 50° et préférentiellement compris entre environ 10° et 45°. Cet angle de coupe peut être constant entre le bord d'attaque et le bord de fuite de l'aube 44. Il peut également varier entre le bord d'attaque et le bord de fuite pour être plus grand au niveau du bord d'attaque et plus petit au niveau du bord de fuite. Au sein du compresseur, les anneaux abradables sont généralement plus durs dans la partie aval que dans la partie amont. Ainsi, l'angle de coupe des aubes des étages dans la partie amont du compresseur peut être plus grand que l'angle de coupe des étages située dans la partie aval. L'intégration d'une face de coupe à angle non nul permet de réduire les efforts exercés sur l'aube 44 et limite échauffement et les contraintes appliquées au sommet d'aube. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté en figure 3, le renfoncement est réalisé par fraisage au moyen d'une fraise 50 à tête sphérique. En utilisant des outils de formes différentes, il serait possible d'obtenir une multitude de formes de renfoncement à section concave. Préférentiellement, ces renfoncements seront obtenus par programmation d'une machine outil. Le renfoncement 46 pourrait également avoir une forme différente avec par exemple une face de coupe sensiblement plane entre les bords d'attaque et de fuite de l'aube et raccordée à une surface incurvée concave. Comme il ressort de la présente description, de nombreuses formes sont possibles pour la face de coupe et l'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites en référence aux dessins. Bien que l'invention ait été décrite en référence à un compresseur haute pression dans les dessins, elle est également applicable à un compresseur basse pression de turbomachine agencé en amont du compresseur haute pression. REVENDICATIONS1. Aube (44) de rotor, en particulier pour un compresseur (10) de turbomachine, destinée à tourner à l'intérieur d'un anneau en matière abradable (30) porté par un carter (28) de la turbomachine, et ayant une extrémité susceptible de frotter sur l'abradable, caractérisée ce que la surface d'intrados (34) de l'aube (44) comprend, à l'extrémité précitée de l'aube, une face de coupe (42) de l'abradable. 2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface d'intrados (34) de l'aube (44) comprend, à son extrémité précitée, un renfoncement (46) s'étendant entre le bord d'attaque et le bord de fuite de l'aube et dont une surface est raccordée à une arête (48) de l'extrémité de l'aube, cette face étant inclinée d'un angle non nul par rapport à la face d'intrados (34) de la pale et formant la face de coupe précitée. 3. Aube selon la revendication 2, caractérisé en ce que le renfoncement (46) a un profil incurvé concave. 4. Aube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'angle de coupe formé par la face de coupe (42) avec la surface d'intrados est inférieur à 50°. 5. Aube selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'angle de coupe est compris entre 10° et 45° environ. 6. Aube selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que l'angle de coupe varie entre le bord d'attaque et le bord de fuite de l'aube. 7. Aube selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le renfoncement (46) est réalisé par fraisage. 8. Compresseur, en particulier de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un disque de rotor portant des aubes (44) selon l'une des revendications précédentes. 9. Compresseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'angle 30 de coupe des aubes (44) d'un étage amont est plus grand que l'angle de coupe des aubes (44) d'un étage aval. 10. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur selon la revendication 8 ou 9.