Brevet FR3015588A1 — publié le 20150626

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une turbomachine à au moins deux compresseurs centrifuges. ETAT DE L'ART Une turbomachine comprend en général un compresseur axial (c'est-à-dire à entrée et sortie axiales) à plusieurs étages de compression. Ce type de compresseur est bien adapté aux turbomachines de grande puissance telles que les turbomoteurs, car avec plusieurs étages, il est possible d'obtenir un taux de compression élevé. Certaines turbomachines sont équipées de compresseur centrifuge ou d'un étage de compression centrifuge. L'intérêt d'un compresseur centrifuge par rapport à un compresseur axial à plusieurs étages est sa simplicité, sa robustesse, son rendement élevé, et son faible encombrement axial, ce qui est avantageux pour certaines applications Cependant, un compresseur centrifuge a un taux de compression relativement limité qui limite son utilisation à des turbomachines de faible puissance. Lorsqu'une turbomachine est équipée d'un compresseur centrifuge à la suite des étages d'un compresseur axial, le compresseur centrifuge permet de fournir une compression supplémentaire avant la chambre de combustion. Ceci est plus difficile à obtenir avec des étages supplémentaires de compresseur axial car le diamètre de la veine de compression aurait besoin d'être très faible, et les aubes de ces étages très fines et petites, ce qui poserait des problèmes de tenue mécanique, de fabrication, etc. La suralimentation du compresseur centrifuge par le compresseur axial permet d'obtenir un gain de taux de compression pour la même vitesse de rotation. Une autre architecture pour augmenter le taux de compression 30 consiste à équiper la turbomachine de deux compresseurs centrifuges disposés coaxialement l'un derrière l'autre, le compresseur centrifuge aval étant alimenté par le flux d'air sortant du compresseur centrifuge amont de sorte que les compresseurs centrifuges soient montés en série. Ceci permet aussi d'obtenir un taux de compression relativement élevé. Cependant, cette solution présente un inconvénient majeur qui est 5 notamment son encombrement axial important et sa masse, ce qui peut d'ailleurs remettre en cause l'utilisation de compresseurs centrifuges par rapport aux compresseurs axiaux. La demande US-Al-2010/0319343 décrit une turbomachine comportant trois compresseurs centrifuges dont deux sont montés en 10 parallèle. Les compresseurs centrifuges sont montés coaxialement les uns derrières les autres, ce qui est pénalisant d'un point de vue encombrement axial. La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à au moins une partie des problèmes des technologies 15 antérieures. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose une turbomachine, comportant au moins deux compresseurs centrifuges, chaque compresseur centrifuge comportant un aubage de rotor, caractérisée en ce que les aubages de rotor des 20 compresseurs centrifuges sont superposés radialement. L'invention présente un net avantage par rapport à l'art antérieur car elle permet d'équiper une turbomachine avec au moins deux compresseurs centrifuges ou étages de compression centrifuge tout en limitant son encombrement axial. Cela est rendu possible par la superposition radiale 25 des aubages de rotor des compresseurs centrifuges qui ne sont donc pas disposés axialement l'un derrière l'autre (comme dans la technique antérieure) mais radialement l'un autour de l'autre. La turbomachine comprend ainsi deux compresseurs centrifuges, respectivement radialement interne et externe. 30 Avantageusement, les compresseurs centrifuges comprennent des entrées axiales qui sont situées sensiblement dans un même plan transversal par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine, et/ou des sorties radiales qui sont situées sensiblement sur une même circonférence centrée sur cet axe longitudinal. La turbomachine comprend de préférence au moins un rouet formé d'une seule pièce avec deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, reliées l'une à l'autre par les aubages de rotor du compresseur centrifuge interne, la paroi externe étant en outre reliée aux extrémités radialement internes des aubages de rotor du compresseur centrifuge externe. Par opposition à la technique antérieure, la turbomachine comprend un seul rouet qui porte les aubages de rotor des deux compresseurs centrifuges, ce qui limite la masse globale de ces compresseurs. De préférence, le rouet comporte un unique poireau destiné à reprendre les efforts centrifuges des deux compresseurs. Les aubages du compresseur centrifuge interne sont de préférence renforcés (par exemple surépaissis) par rapport à ceux du compresseur centrifuge externe, pour reprendre les efforts centrifuges des aubages du compresseur externe. Les extrémités radialement externes des aubages du compresseur externe peuvent être entourées par une paroi annulaire de stator ou être reliées à une autre paroi annulaire du rouet. La liaison des extrémités externes des aubages du compresseur externe à une autre paroi, qui est ainsi rendue solidaire du rouet, a pour avantage de supprimer les problématiques de fuite aux interfaces rotor/stator du rouet. La sortie du compresseur externe peut être reliée à l'entrée du compresseur interne et la sortie du compresseur interne peut alimenter la chambre de combustion de la turbomachine. Dans ce cas, les compresseurs centrifuges sont montés en série, le flux d'air sortant d'un premier compresseur centrifuge alimentant le second compresseur centrifuge. Avantageusement, un élément annulaire est monté en sortie des compresseurs centrifuges, et définit deux conduits annulaires radiaux, respectivement amont et aval, de circulation des flux d'air sortant des compresseurs centrifuges externe et interne, respectivement. La turbomachine comprend de préférence un système annulaire d'alimentation des compresseurs centrifuges, ce système comportant deux viroles annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, définissant entre elles une veine d'alimentation du compresseur centrifuge externe, une rangée annulaire de bras radiaux tubulaires qui traversent cette veine et dont les extrémités radialement internes débouchent dans une veine d'alimentation du compresseur centrifuge interne, et un organe annulaire de raccordement de la sortie du compresseur centrifuge externe aux extrémités radialement externes des bras radiaux. Les bras précités ont de préférence un profil aérodynamique et peuvent chacun remplir la fonction de redresseur d'un flux d'air provenant de l'amont et destiné à alimenter la veine du compresseur centrifuge externe. L'organe et les bras peuvent être raccordés par des moyens ayant un profil aérodynamique et qui sont de préférence adaptés à la direction de la vitesse du flux d'air s'écoulant dans l'organe. Les extrémités radialement internes des bras peuvent avoir une orientation axiale ou tangentielle. Dans ce dernier cas, leur orientation est déterminée en fonction de la vitesse tangentielle souhaitée du flux d'air destiné à alimenter le compresseur interne. Le système peut comprendre une virole tronconique de raccordement de l'organe annulaire à une paroi annulaire destinée à définir extérieurement la veine du compresseur externe. Cette paroi est destinée à entourer les aubages de rotor du compresseur centrifuge externe. La présente invention concerne également un système annulaire d'alimentation de compresseurs centrifuges pour une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend deux viroles annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, définissant entre elles une veine d'alimentation d'un compresseur centrifuge externe, une rangée annulaire de bras radiaux tubulaires qui traversent cette veine et dont les extrémités radialement internes débouchent dans une veine d'alimentation d'un compresseur centrifuge interne, et un organe annulaire de raccordement de la sortie du compresseur centrifuge externe aux extrémités radialement externes des bras radiaux. La présente invention concerne encore un rouet de compresseurs centrifuges pour une turbomachine, caractérisé en ce qu'il est formé d'une seule pièce avec deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, reliées l'une à l'autre par les aubages de rotor d'un compresseur centrifuge interne, la paroi externe étant en outre reliée aux extrémités radialement internes des aubages de rotor d'un compresseur centrifuge externe. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages 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 demi-vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une demi-vue schématique en coupe axiale et en 20 perspective de compresseurs centrifuges pour une turbomachine selon l'invention ; - la figure 3 est une autre vue schématique en coupe et en perspective des compresseurs de la figure 2, vus de l'amont et de côté ; et - la figure 4 est une autre vue schématique en perspective des 25 compresseurs de la figure 2, avec arrachement partiel du système d'alimentation de ces compresseurs, vus de l'amont et de côté. DESCRIPTION DETAILLEE On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une turbomachine 10 telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, cette 30 turbomachine 10 comprenant notamment d'amont en aval (de gauche à droite sur le dessin), dans le sens d'écoulement des gaz dans le moteur, une soufflante, un compresseur 12, une chambre de combustion, une turbine et une tuyère d'éjection des gaz de combustion. Le compresseur 12 comprend plusieurs étages axiaux 14 et un dernier étage centrifuge 16. Les étages de compression axiaux 14 (ou le compresseur axial) comprend des roues aubagées de rotor 18 disposées coaxialement les unes derrière les autres et entre lesquelles sont intercalées des rangées d'aubes de stator 20. L'étage ou compresseur centrifuge 16 comprend un rouet 22 définissant une entrée d'air 24 orientée axialement et une sortie d'air 26 orientée radialement vers l'extérieur. Le rouet 22 tourne à l'intérieur d'une paroi annulaire de stator 28 qui délimite avec le rouet la veine 30 de compression centrifuge. Un ensemble comprenant un redresseur annulaire 32 et un diffuseur annulaire 34 est monté en aval du compresseur centrifuge 16, et comprend une entrée radiale alignée avec la sortie 26 du compresseur 16 et une sortie orientée vers l'aval pour l'alimentation en air comprimé de la chambre de combustion (non représentée). La figure 1 représente la technique antérieure à l'invention. La présente invention diffère de cette technique antérieure notamment en ce 20 qu'elle comprend deux compresseurs ou étages de compression centrifuges dont les aubages de rotor sont superposés radialement. Les figures 2 à 4 représentent un mode de réalisation des compresseurs centrifuges 40, 42 selon l'invention qui peuvent équiper une turbomachine comportant un compresseur axial (ou des étages de 25 compression axiaux - basse ou haute pression), de sorte que les compresseurs centrifuges soient montés en aval du compresseur axial, ou une turbomachine ne comportant pas de compresseur axial, de sorte que les compresseurs centrifuges soient montés en aval de la soufflante de la turbomachine. 30 Dans l'exemple représenté, les compresseurs centrifuges 40, 42 sont montés en série, c'est-à-dire que la sortie d'un des compresseurs centrifuges 42 alimente l'autre compresseur centrifuge 40. C'est ici la sortie du compresseur centrifuge radialement externe 42 qui alimente le compresseur centrifuge radialement interne 40. Les compresseurs centrifuges 40, 42 comprennent ici qu'un seul rouet 44 qui comprend typiquement un disque dont la périphérie interne a en section une forme de poireau. Le rouet 44 comprend un unique poireau qui reprend les efforts centrifuges des deux compresseurs 40, 42. Le rouet 44 est formé d'une seule pièce avec deux parois annulaires coaxiales 46, 48, s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre elles par les aubages de rotor 49 du compresseur interne 40. Ces parois 46, 48 définissent entre elles la veine de compression 50 du compresseur interne 40. La paroi annulaire externe 48 est reliée aux extrémités radialement internes des aubages de rotor 51 du compresseur externe 42, ces aubages de rotor étant entourés par une troisième paroi annulaire 52 de stator. Les parois 48, 52 définissent entre elles la veine de compression 54 du compresseur externe 42. Les aubages de rotor 49 peuvent être conçus et renforcés pour reprendre les efforts centrifuges qui s'appliquent dans le compresseur externe 42. Les parois 46, 48 et 52 ont sensiblement toutes la même forme, à savoir une forme incurvée concave vers l'extérieur et vers l'amont (l'amont étant à droite sur le dessin de la figure 2). Les entrées 56 des compresseurs interne 40 et externe 42 sont alignées dans un même plan transversal P, perpendiculaire à l'axe longitudinal de la turbomachine. Les sorties 58 des compresseurs 40, 42 sont alignées sur une même circonférence C centrée sur cet axe. Un élément annulaire 60 est monté en sortie des compresseurs 40, 42 et comprend trois parois annulaires 62 radiales et coaxiales, s'étendant à distance axiale les unes des autres et définissant entre elles des conduits annulaires radiaux, respectivement amont 64 et aval 66. L'entrée du conduit amont 64 est alignée avec la sortie 58 du compresseur externe 42 et sa sortie alimente un système 70 qui sera décrit dans le détail dans ce qui suit. L'entrée du conduit aval 66 est alignée avec la sortie 58 du compresseur interne 40 et sa sortie peut alimenter un diffuseur annulaire (non représenté) d'alimentation de la chambre de combustion de la turbomachine, ce diffuseur annulaire pouvant être similaire à celui représenté en figure 1 (référence 34). Les compresseurs 40, 42 sont alimentés en air par un système d'alimentation 70 visible aux figures 2 à 4. Ce système 70 comporte des premiers moyens définissant une veine 72 d'alimentation du compresseur externe 42 avec de l'air provenant de l'amont de la turbomachine (d'un compresseur axial ou de la soufflante de la turbomachine), des seconds moyens définissant une veine 74 d'alimentation du compresseur interne 40 à partir de l'air délivré par le compresseur externe 42, et des moyens de raccordement de la sortie du compresseur externe auxdits seconds moyens. La veine 72 d'alimentation du compresseur externe 42 est délimitée par deux viroles 76, 78 sensiblement cylindriques s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre, ces viroles étant alignées respectivement avec les extrémités amont des parois 48, 52 définissant la veine 54 du compresseur externe. Les flèches 79 représentent le flux d'air d'alimentation de cette veine 54. La veine 72 d'alimentation du compresseur externe 42 est traversée par une rangée annulaire de bras tubulaires radiaux 80. Les bras 80 ont un profil aérodynamique pour limiter les pertes de charge dans la veine 54. De préférence, ces bras 80 définissent en amont des surfaces dites travaillantes de façon à ce que chaque bras remplisse une fonction de redresseur pour le flux d'air sortant de la roue située directement en amont. Les extrémités radialement internes des bras 80 sont situées à l'intérieur de la virole interne 76 et sont raccordées à un conduit annulaire 82 qui est situé en amont du compresseur interne 40 et définit la veine 74 d'alimentation de celui-ci. Dans l'exemple représenté, les extrémités radialement internes des bras 80 sont coudées, sensiblement à angle droit, et sont orientées axialement vers l'aval. Les extrémités radialement externes des bras 80 sont situées à l'extérieur de la virole externe 78 et sont raccordées à la sortie d'un organe annulaire 84 dont l'entrée est raccordée à la sortie du conduit amont 64. Les flèches 86, 88 représentent le flux d'air sortant de la veine 54 du compresseur externe 42 et alimentant la veine 50 du compresseur interne 40. Dans l'exemple représenté, le conduit 82 a une sortie orientée de sorte que le flux d'air 88 alimentant la veine 50 soit orienté sensiblement axialement. En variante, le conduit 82 et en particulier sa sortie peuvent être agencés pour que le flux d'air 88 ait une orientation tangentielle. La configuration du conduit 82 permet ainsi de maîtriser la vitesse tangentielle du flux d'air entrant dans la veine 50. Les parties coudées précitées des bras 80 peuvent ainsi avoir chacun une orientation tangentielle et non pas axiale. Les figures 2 et 3 montrent la zone 85 de raccordement des bras 80 à l'organe 84. Les deux parois latérales en regard de deux bras 80 adjacents se réunissent à leurs extrémités radialement externes pour former un bord longitudinal 87 de séparation du flux d'air 86 (figure 2). La zone de raccordement 85 est de préférence adaptée à la direction de la vitesse du flux d'air sortant de l'organe 84. Les bords 87 et les extrémités radialement externes des parois latérales des bras 80 ont de préférence un profil aérodynamique. Comme cela est visible en figure 3, les bras 80 sont évasés vers l'extérieur, leurs sections de passage s'élargissant radialement de l'intérieur vers l'extérieur. L'organe 84 a en section une forme sensiblement en U et comprend deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne 90 et externe 92, la paroi interne étant reliée par une paroi tronconique 94 à la paroi 52 précitée. Les parois 90, 92 de l'organe 84, et les parois 94 et 52 sont ici formées d'une seule pièce. Dans la figure 4, ces parois 90, 92, 94 et 52 et des parties d'extrémité radialement externes des bras 80 ont été retirées pour plus de clarté. Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 2 à 4, le rouet 44 forme le rotor des compresseurs 40, 42. Les parois 62, l'organe 84, les parois 94, 52, les bras 80 et les viroles 76, 78 font partie du stator. En variante, la paroi 52 peut être formée d'une seule pièce avec le rouet 44 et faire ainsi partie du rotor. Le stator ne comprend alors pas de paroi 94. Dans une variante non représentée de réalisation de l'invention, les aubages de rotor de plus de deux (et par exemple de trois) compresseurs centrifuges sont superposés radialement. Un unique rouet peut ainsi comprendre des parois annulaires s'étendant les unes autour des autres et définissant au moins trois veines de compression, la veine du compresseur externe étant destinée à alimenter la veine du compresseur intermédiaire qui est destinée à alimenter la veine du compresseur interne. Dans une autre variante non représentée, la turbomachine comprendrait N étages de M compresseurs centrifuges et/ou axiaux superposés radialement à la suite, par exemple cinq étages de deux compresseurs axiaux superposés radialement suivis de deux compresseurs centrifuges superposés radialement. On pourrait connecter la sortie du compresseur centrifuge externe à l'entrée d'un compresseur axial externe dont la sortie serait ensuite reliée à l'entrée d'un compresseur centrifuge interne. Autrement dit, le principe de M rebouclages interne- externe ne se ferait pas nécessairement sur l'entrée/sortie d'un même compresseur (axial ou centrifuge) mais pourrait s'appliquer à un ensemble de N étages de compresseurs axiaux et/ou centrifuges. REVENDICATIONS1. Turbomachine, comportant au moins deux compresseurs centrifuges (40, 42), chaque compresseur centrifuge comportant un aubage de rotor (49, 51), caractérisée en ce que les aubages de rotor des compresseurs centrifuges sont superposés radialement. 2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les compresseurs centrifuges (40, 42) comprennent des entrées axiales (56) qui sont situées sensiblement dans un même plan transversal (P) par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine, et/ou des sorties radiales (58) qui sont situées sensiblement sur une même circonférence (C) centrée sur cet axe longitudinal. 3. Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un rouet (44) formé d'une seule pièce avec deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne (46) et externe (48), reliées l'une à l'autre par les aubages de rotor (49) du compresseur centrifuge interne (40), la paroi externe étant en outre reliée aux extrémités radialement internes des aubages de rotor (51) du compresseur centrifuge externe (42). 4. Turbomachine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les extrémités radialement externes des aubages (51) du compresseur externe (42) sont entourées par une paroi annulaire (52) de stator ou sont reliées à une autre paroi annulaire du rouet (44). 5. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la sortie (58) du compresseur externe (42) est reliée à l'entrée (56) du compresseur interne (40) et la sortie du compresseur interne alimente la chambre de combustion de la turbomachine. 6. Turbomachine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un élément annulaire est monté en sortie des compresseurs centrifuges (40, 42), et définit deux conduits annulaires radiaux, respectivement amont(64) et aval (66), de circulation des flux d'air sortant des compresseurs centrifuges externe et interne, respectivement. 7. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il comprend un système annulaire (70) d'alimentation des compresseurs centrifuges (40, 42), ce système comportant deux viroles annulaires coaxiales, respectivement interne (76) et externe (78), définissant entre elles une veine (72) d'alimentation du compresseur centrifuge externe, une rangée annulaire de bras radiaux (80) tubulaires qui traversent cette veine et dont les extrémités radialement internes débouchent dans une veine (74) d'alimentation du compresseur centrifuge interne, et un organe annulaire (84) de raccordement de la sortie (58) du compresseur centrifuge externe aux extrémités radialement externes des bras radiaux. 8. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le système (70) comprend une virole tronconique (94) de raccordement de l'organe annulaire (84) à une paroi annulaire (52) destinée à définir extérieurement la veine (54) du compresseur externe (42). 9. Système annulaire (70) d'alimentation de compresseurs centrifuges (40, 42) pour une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend deux viroles annulaires coaxiales, respectivement interne (76) et externe (78), définissant entre elles une veine (72) d'alimentation d'un compresseur centrifuge externe, une rangée annulaire de bras radiaux (80) tubulaires qui traversent cette veine et dont les extrémités radialement internes débouchent dans une veine (74) d'alimentation d'un compresseur centrifuge interne, et un organe annulaire (84) de raccordement de la sortie du compresseur centrifuge externe aux extrémités radialement externes des bras radiaux. 10. Rouet (44) de compresseurs centrifuges (40, 42) pour une turbomachine, caractérisé en ce qu'il est formé d'une seule pièce avec deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne (46) et externe (48), reliées l'une à l'autre par des aubages de rotor (49) d'uncompresseur centrifuge interne (40), la paroi externe étant en outre reliée aux extrémités radialement internes des aubages de rotor (51) d'un compresseur centrifuge externe (42).5