Brevet FR2983924A1 — publié le 20130614

Carter annulaire pour un compresseur de turbomachine L'invention se rapporte à un carter annulaire pour un compresseur de turbomachine, ce compresseur comportant au moins un étage d'aubes de redresseur à calage variable. Dans un compresseur de turbomachine, les étages redresseurs à calage variable sont montés en aval ou en amont des roues à aubes des étages de compression. Les aubes à calage variable de chaque étage redresseur sont portées par un carter annulaire et sont réglables en position autour de leurs axes pour optimiser l'écoulement des gaz dans le moteur de la turbomachine. Une aube à calage variable comprend un pivot axial sensiblement cylindrique à chacune de ses extrémités, ces pivots définissant l'axe de rotation de l'aube. Le pivot radialement externe est engagé dans une cheminée sensiblement radiale du carter et est relié par un levier à un anneau de commande qui s'étend autour du carter et qui est actionné en général par un vérin. La rotation de l'anneau de commande autour de l'axe longitudinal du carter est transmise par les leviers aux pivots externes des aubes et les fait tourner autour de leurs axes. En fonctionnement, l'anneau de commande a tendance à se déformer et à se désaligner de l'axe longitudinal du carter, voire également à se décaler d'un plan radial. Pour limiter ou empêcher ce phénomène, il est connu d'équiper l'anneau de commande de patins destinés à prendre appui sur une piste cylindrique externe du carter autour de laquelle s'étend l'anneau de commande. Les patins de l'anneau de commande coopèrent avec la piste du carter pour maintenir le centrage de l'anneau malgré les efforts d'excentration résultant de la poussée du vérin et des réactions des leviers reliés aux aubes. Dans la technique actuelle, le carter est réalisé en alliage métallique 30 et sa ou ses pistes de centrage des anneaux de commande sont d'une seule pièce avec le carter et sont formées par des surépaisseurs annulaires locales du carter. Chacune de ces surépaisseurs a uniquement pour but de créer une piste de centrage et ne répond pas à un besoin de renforcement ou de rigidification d'une zone du carter. La surépaisseur entraîne toutefois une augmentation significative de la masse du carter. De plus, la piste cylindrique est réalisée par fraisage, ce qui augmente la durée de fabrication du carter et son coût. Par ailleurs, plus les pivots externes des aubes ont une dimension radiale importante, meilleur est le comportement des aubes en déversement sous usure, mais plus l'anneau de commande est écarté du carter et plus la surépaisseur du carter qui forme la piste est importante. Autrement dit, si l'on souhaite améliorer le comportement des aubes en fonctionnement, en augmentant la dimension radiale de leurs pivots externes, cela entraîne automatiquement une augmentation significative du diamètre externe de la piste et donc de la masse du carter. L'invention a pour objet une solution simple, efficace et économique à ces problèmes de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un carter annulaire métallique pour un compresseur de turbomachine, comportant au moins une rangée annulaire de cheminées radiales dans lesquelles sont destinés à être montés des pivots cylindriques externes d'aubes de redresseur à calage variable, et une piste cylindrique externe de centrage qui est continue ou interrompue et sur laquelle des patins portés par un anneau de commande du calage des aubes sont destinés à prendre appui, caractérisé en ce que la piste est formée par des blocs de matière plastique rapportés sur le carter et qui sont fixés ou maintenus sur le carter. La piste de centrage de chaque anneau de commande est ainsi formée en une matière plastique ou un polymère qui sont des matériaux beaucoup plus légers que l'alliage métallique du carter et qui permettent une diminution significative de la masse du carter. Dans un exemple de réalisation de l'invention, le carter est en acier qui a une masse volumique de 7,76 kg/dm3 et la piste de centrage de l'anneau est en polyimide (tel que du Vespel®) qui a une masse volumique de 1,15 kg/dm3. Pour un même volume, la piste en matière plastique a une masse environ 6 fois inférieure à celle d'une piste formée par des surépaisseurs d'un carter de la technique antérieure. L'invention permet ainsi de diminuer d'environ 500g la masse globale d'un carter de compresseur d'une turbomachine de petite taille. De plus, du fait de la suppression de la piste, la zone équivalente sur carter peut être usinée directement au tour à la place du fraisage. Enfin, le diamètre externe de la piste peut être optimisé en fonction de la dimension radiale des pivots externes des aubes, en s'affranchissant des contraintes liées à l'impact de ce diamètre sur la masse du carter. L'invention permet donc d'alléger un carter de compresseur et permet en outre d'améliorer le glissement des patins portés par l'anneau de commande sur la piste du carter en choisissant un matériau plastique approprié (par exemple à faible coefficient de frottement) pour les blocs. Les blocs de matière plastique sont des secteurs d'anneau, c'est-à-dire qu'ils ont une forme incurvée qui est de préférence sensiblement complémentaire de la forme de la zone du carter sur laquelle ils sont destinés à être fixés ou maintenus. Le carter selon l'invention comprend des moyens de fixation et/ou de maintien des blocs, qui peuvent être disposés circonférentiellement bout à bout pour former une piste continue ou au contraire être à distance circonférentielle les uns des autres pour former une piste interrompue ou discontinue et autoriser des dilatations thermiques circonférentielles des blocs en fonctionnement. Par ailleurs, la piste peut être facilement remplacée en cas d'usure lors d'une opération de maintenance en retirant tout ou partie des blocs et en les remplaçant par des blocs neufs. Les blocs de matière plastique peuvent être fixés par collage sur le carter. Ce mode de réalisation, particulièrement simple, est privilégié lorsque les matériaux du carter et des blocs ont des coefficients de dilatation thermique relativement proches et ont donc des comportements en dilatation similaires. Avantageusement, la colle utilisée peut reprendre les efforts en cisaillement provoqués par les dilatations thermiques différentielles du carter et des blocs en fonctionnement. Le carter selon l'invention peut comprendre des moyens de retenue axiale des blocs, ces moyens de retenue comportant une ou deux parois annulaires qui sont formées d'une seule pièce avec le carter et s'étendent radialement vers l'extérieur, en amont et/ou en aval des blocs. Lorsque la zone du carter, sur laquelle les blocs sont montés, a une forme générale cylindrique, le carter comprend avantageusement deux parois annulaires, respectivement amont et aval, entre lesquelles sont montés les blocs. Dans le cas où cette zone a une forme générale tronconique, le carter peut comprendre une seule paroi annulaire de retenue axiale des blocs, cette paroi étant formée à l'extrémité de plus petit diamètre de la zone. La forme tronconique des blocs coopère avec la forme tronconique complémentaire du carter pour empêcher tout déplacement axial des blocs, du côté opposé à la paroi précitée. La ou les parois annulaires précitées peuvent s'étendre en continu sur 360° ou être au contraire discontinues. Chaque secteur de paroi a avantageusement une étendue angulaire supérieure à celle d'un bloc, et peut comprendre une partie d'extrémité circonférentielle de retenue d'un bloc et une partie d'extrémité circonférentielle opposée de retenue d'un bloc adjacent. La paroi ou au moins l'une des parois précitées du carter a en section une forme en L et comprend à sa périphérie externe un rebord cylindrique de retenue radiale des blocs. Ce rebord est destiné à s'étendre à l'extérieur des blocs et peut être continu ou au contraire discontinu. Dans ce dernier cas, il peut être formé de plusieurs secteurs de rebord qui sont à distance les uns des autres, chaque secteur comportant une partie d'extrémité circonférentielle s'étendant autour d'un bloc et une partie d'extrémité circonférentielle opposée s'étendant autour d'un bloc adjacent. Chaque bloc peut comprendre un moyen coopérant par liaison de formes avec un moyen complémentaire de la ou de l'une des parois précitées, pour bloquer en rotation ce bloc vis-à-vis du carter. Chaque bloc comprend par exemple un ergot axial engagé dans une encoche de forme complémentaire d'une paroi du carter, cet ergot coopérant par butée en direction circonférentielle avec les parois latérales de l'encoche pour bloquer le bloc en rotation sur le carter. Les blocs peuvent être conçus pour être emboîtés les uns dans les autres, les extrémités circonférentielles de chaque bloc étant destinées à être engagées par emboîtement dans les extrémités circonférentielles de blocs adjacents. Pour cela, chaque bloc peut comprendre à l'une de ses extrémités circonférentielles une languette destinée à être engagée dans un évidement de forme complémentaire de l'extrémité circonférentielle en regard d'un bloc adjacent. Les blocs peuvent en outre comprendre à leurs extrémités circonférentielles des orifices de passage d'un fil frein, destiné à passer dans les orifices des extrémités circonférentielles en regard de deux blocs adjacents. Les blocs peuvent comprendre au moins une gorge annulaire débouchant radialement vers l'extérieur et dans laquelle est logé un câble annulaire tendu de maintien et de serrage radial des blocs sur le carter. Cette gorge peut être formée dans la piste cylindrique définie par les blocs. Les blocs peuvent comprendre deux gorges annulaires de ce type, dans chacune desquelles est logé un câble tendu pour assurer une bonne sécurité par redondance des moyens de maintien des blocs. La présente invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter 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 2 983 924 6 suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un compresseur de turbomachine, ce compresseur comprenant un carter 5 selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective du carter du compresseur de la figure 1 ; la figure 3 est une demi-vue très schématique partielle en coupe axiale d'un carter selon l'invention ; 10 la figure 4 est une demi-vue très schématique partielle en coupe axiale d'une variante de réalisation du carter selon l'invention ; la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un bloc de matière plastique pour la formation de la piste du carter de la figure 4 ; la figure 6 est une demi-vue très schématique partielle en coupe axiale 15 d'une autre variante de réalisation du carter selon l'invention ; et la figure 7 est une vue schématique partielle en perspective de la piste du carter de la figure 6. On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent un compresseur basse pression 10 d'une turbomachine selon la technique 20 antérieure à l'invention, ce compresseur comprenant plusieurs étages de compression comportant chacun une rangée annulaire d'aubes de redresseur 12 à calage variable et une rangée annulaire d'aubes de rotor 14 qui est disposée en aval de la rangée d'aubes de redresseur. Les étages de compression sont entourés par un carter externe 16 25 sensiblement cylindrique qui porte les aubes de redresseur 14. Les aubes de redresseur 14 sont montées orientables sur le carter 16 par rotation autour d'axes radiaux par rapport à l'axe longitudinal du compresseur, seule leur partie radialement externe étant représentée dans les dessins. Chaque aube 14 comprend un pivot cylindrique radialement externe 30 18 qui s'étend à l'intérieur d'une cheminée cylindrique radiale 20 du carter 16 et dont l'extrémité radialement externe est reliée par un levier 22 ou biellette à un anneau de commande 24 qui s'étend autour du carter et qui est déplaçable en rotation autour de l'axe longitudinal du compresseur. L'anneau de commande 24 est relié par des leviers 22 aux pivots externes 18 de toutes les aubes d'une même rangée, et est entraîné en rotation autour de l'axe précité au moyen d'un vérin 26 ou analogue porté par le carter 16. Le compresseur 10 représenté dans les dessins comprend deux rangées annulaires d'aubes de redresseur 14 à calage variable, deux anneaux de commande 24 et deux vérins 26 d'entraînement de ces 10 anneaux. Le carter 16 de ce compresseur comprend deux rangées annulaires de cheminées radiales 20 au voisinage de chacune desquelles est formée une piste cylindrique externe 28 de centrage d'un anneau de commande 24. Chaque anneau de commande 24 porte à sa périphérie interne des 15 patins 29 destinés à venir en appui et à glisser sur une piste cylindrique 28 du carter pour maintenir l'anneau de commande centré sur l'axe longitudinal du compresseur. Dans la technique antérieure représentée aux figures 1 et 2, cette piste 28 est discontinue (elle ne s'étend pas en continu sur 360° - figure 2) 20 et est formée par des surépaisseurs locales du carter 16. La piste 28 est donc d'une pièce avec le carter 16 et les surépaisseurs du carter entraînent une augmentation significative de la masse de ce dernier qui est réalisé en alliage métallique tel qu'un acier. L'invention permet de résoudre ce problème grâce à la réalisation de 25 la piste de centrage d'un anneau de commande au moyen de blocs de matière plastique qui sont rapportés sur le carter et fixés ou maintenus sur le carter par des moyens appropriés. Les blocs de matière plastique ont une masse volumique très inférieure à celle du matériau du carter, ce qui se traduit par une diminution de la masse du carter. 30 Les blocs selon l'invention sont par exemple en Vespel® (polyim ide). La figure 3 représente un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel les blocs 30 de matière plastique, qui définissent la piste de centrage 28, sont fixés par collage 32 sur la surface externe du carter 16. Les blocs 30 sont des secteurs d'anneau à disposition circonférentielle et ont chacun une surface interne de forme complémentaire de celle de la surface externe du carter 16 sur laquelle ils sont collés. Leurs surfaces cylindriques externes définissent la piste 28 de centrage des patins d'un anneau de commande du type précité. Dans l'exemple représenté, le carter 16 a une forme tronconique et la surface interne de chaque bloc 30 est également tronconique. Les blocs 30 peuvent être collés sur le carter 16 à distance circonférentielle les uns des autres pour définir une piste 28 discontinue similaire à celle de la figure 2. La colle 32 utilisée est par exemple une colle de type colle epoxy ou colle silicone type CAF. La colle peut être sélectionnée pour ses propriétés de dilatation thermique, tenue à la température, contrainte de cisaillement admissible, le collage pouvant être total ou partiel. Ces contraintes de dimensionnement peuvent être dépendantes des conditions de fonctionnement moteurs. Les figures 4 et 5 représentent une variante de réalisation de l'invention, dans laquelle le carter 16 comprend des moyens 34, 36, 38 de retenue axiale et radiale de blocs 30' de matière plastique qui sont disposés circonférentiellement bout à bout et dont les extrémités sont engagées circonférentiellement les unes dans les autres. Les moyens de retenue axiale des blocs 30' sur le carter sont formés par deux parois annulaires 34, 36 s'étendant radialement vers l'extérieur, respectivement en amont et en aval des blocs 30', ces parois 34, 36 étant d'une seule pièce avec le carter. La paroi annulaire aval 36 a en section une forme sensiblement en L et comprend un rebord cylindrique amont 38 qui entoure une partie d'extrémité aval des blocs 30' pour assurer leur retenue radiale vers l'extérieur. Les parois 34, 36 et le rebord 38 peuvent s'étendre en continu sur 360° ou peuvent au contraire être discontinus, comme expliqué dans ce qui précède. La distance axiale entre les parois 34, 36 est sensiblement égale à la longueur ou dimension axiale des blocs 30', qui sont engagés entre ces parois et radialement à l'intérieur du rebord 38 par une faible déformation élastique. Comme cela est visible à la figure 5, chaque bloc 30' a une disposition circonférentielle et comprend à une première extrémité circonférentielle une languette 40, formant tenon, destinée à être emboîtée dans un évidement, formant mortaise, de forme complémentaire de l'extrémité circonférentielle en regard d'un bloc adjacent, et à une seconde extrémité circonférentielle un évidement 42 du type précité destiné à recevoir une languette de forme complémentaire de l'extrémité circonférentielle en regard d'un autre bloc adjacent. Les blocs 30' comprennent en outre à leurs extrémités circonférentielles des orifices 44 de passage de fils freins (non représentés) pour solidariser les blocs les uns avec les autres et empêcher leur désengagement en fonctionnement. Chaque fil frein est destiné à passer dans l'orifice 44 d'une extrémité circonférentielle d'un bloc et dans l'orifice d'une extrémité circonférentielle d'un bloc adjacent, et peut en outre passer dans un orifice du rebord 38 du carter 16 pour bloquer en rotation les blocs vis-à-vis du carter. Les figures 6 et 7 représentent une autre variante de réalisation de l'invention, dans laquelle le carter 16 comprend une seule paroi annulaire 46 de retenue axiale des blocs 30" de matière plastique à orientation circonférentielle, qui sont maintenus serrés radialement contre le carter au moyen d'un câble tendu 48 s'étendant autour des blocs. La zone du carter 16 sur laquelle sont montés les blocs 30" a ici une forme générale tronconique et la paroi annulaire 46 s'étend en aval des blocs 30" sur une partie de plus petit diamètre de cette zone. Le câble 48 tendu est logé dans une gorge annulaire 50 des blocs qui est formée dans la piste 28 et qui débouche radialement vers l'extérieur. Ce câble 48 est entièrement engagé dans la gorge 50, son diamètre externe étant inférieur au diamètre externe de la gorge. Les blocs 30" sont empêchés de se déplacer axialement vers l'aval par la paroi 46 et vers l'amont par la combinaison du câble tendu de serrage radial des blocs et de la forme tronconique du carter 16. Chaque bloc 30" comprend un ergot axial 52 à son extrémité aval qui est engagé dans une encoche 54 de forme complémentaire de la paroi 46, pour bloquer en rotation le bloc vis-à-vis du carter.10 REVENDICATIONS1. Carter annulaire métallique (16) pour un compresseur de turbomachine, comportant au moins une rangée annulaire de cheminées radiales dans lesquelles sont destinés à être montés des pivots cylindriques externes d'aubes à calage variable, et une piste cylindrique externe (28) de centrage qui est continue ou interrompue et sur laquelle des patins portés par un anneau de commande du calage des aubes sont destinés à prendre appui, caractérisé en ce que la piste est formée par des blocs (30, 30', 30") de matière plastique rapportés sur le carter et qui sont fixés ou maintenus sur le carter. 2. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que les blocs (30) sont fixés par collage sur le carter (16). 3. Carter selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de retenue axiale des blocs (30', 30"), ces moyens de retenue comportant une ou deux parois annulaires (34, 36, 46) qui sont d'une seule pièce avec le carter et s'étendent radialement vers l'extérieur, en amont et/ou en aval des blocs. 4. Carter selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi (36) ou au moins l'une des parois a en section une forme en L et comprend à sa périphérie externe un rebord cylindrique (38) de retenue radiale des blocs (30'). 5. Carter selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque bloc (30") comprend un moyen (52) coopérant par liaison de formes avec 25 un moyen (54) complémentaire de la ou de l'une des parois (46), pour bloquer en rotation ce bloc vis-à-vis du carter (16). 6. Carter selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bloc (30') comprend à l'une de ses extrémités circonférentielles une languette (40) destinée à être engagée dans un 30 évidement (42) de forme complémentaire de l'extrémité circonférentielle en regard d'un bloc adjacent. 7. Carter selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les blocs (30') comprennent à leurs extrémités circonférentielles des orifices (44) de passage de fil frein, chaque fil frein étant destiné à passer dans les orifices des extrémités circonférentielles en regard de deux blocs adjacents. 8. Carter selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les blocs (30") comprennent au moins une gorge annulaire (50) débouchant radialement vers l'extérieur et dans laquelle est logé un câble annulaire (48) tendu de maintien et de serrage radial des blocs sur le carter (16). 9. Carter selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les blocs (30, 30', 30") sont réalisés en Vespel®. 10. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter (16) selon l'une des revendications précédentes.