Brevet FR3041685A1 — publié le 20170331

COMPRESSEUR DE TURBOMACHINE COMPORTANT UN PALIER PORTÉ PAR UN ÉTAGE REDRESSEUR FORMANT DISPOSITIF DE DÉCOUPLAGE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines, et plus particulièrement au domaine des dispositifs de découplage pour paliers de compresseurs de turbomachine. L'invention peut s'appliquer à tout type de turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef, telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. Plus préférentiellement, l'invention peut s'appliquer à un turboréacteur double corps et double flux. Elle concerne ainsi plus précisément un compresseur de turbomachine comportant un palier porté par un étage redresseur du compresseur formant un dispositif de découplage, ainsi qu'une turbomachine comportant un tel compresseur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Il est connu que certaines soufflantes de turboréacteur sont conçues pour qu'une rupture accidentelle d'une ou plusieurs de leurs aubes, créant un balourd important et des contraintes et déformations correspondantes sur leur arbre de support, produise une rupture du montage de l'arbre afin de le soulager. Des solutions de mise en place de systèmes de découplage ont ainsi déjà été envisagées dans l'art antérieur, telles que celles décrites par exemple dans les demandes de brevet européen EP 1 659 266 Al, EP 1 308 602 A2, EP 1 439 316 A2, EP 1 564 352 Al et dans la demande de brevet français FR 2 960 026 Al. Ainsi, à titre d'exemple et selon la conception décrite dans la demande de brevet européen EP 1 564 352 Al, la figure 1 illustre, en coupe axiale partielle, un exemple de montage de soufflante 1 de turboréacteur 10. La soufflante 1, porteuse d'aubes 2 de grande taille, s'étend à l'amont du turboréacteur 10 et est entraînée par un arbre 3 à basse pression avec un porte-à-faux 3041685 2 important. Un stator 4 entoure la soufflante 1 à l'aval des aubes 2. Ce stator 4 porte un premier palier 5, par exemple à rouleaux ou à roulement à billes, et un deuxième palier 6, par exemple à rouleaux ou à roulement à billes, pour soutenir l'ensemble tournant. Le stator 4 comprend à cet effet une partie structurale 7 qui s'étend jusqu'à proximité de 5 l'amont de l'arbre 3, une partie de support du premier palier en forme de manchon conique, formant un premier dispositif de découplage 8, s'étendant de la partie structurale 7 au premier palier 5 et une partie de support du deuxième palier, formant un deuxième dispositif de découplage 9, s'étendant de la partie structurale 7 au deuxième palier 6. La présence des dispositifs de découplage 8 et 9 vise à limiter la charge transitant 10 dans les structures du turboréacteur 10, telles que dans le carter intermédiaire 19, dans le cas des événements critiques du type perte d'aubes 2 de la soufflante 1. Les dispositifs de découplage 8 et 9 sont assemblés à la partie structurale 7 par des couronnes de vis frangibles ou fusibles, respectivement 18 et 11. Certains aménagements comprennent encore des doigts 12 d'anti-rotation montés sur le premier 15 dispositif de découplage 8 et s'étendant dans des lumières 13 de la partie structurale 7 (un système d'anti-rotation est classiquement aussi prévu au niveau de la couronne de vis 11), et un bec antérieur 14 de la partie structurale 7 qui en constitue la portion la plus proche de l'axe T du turboréacteur 10 et s'étend devant une butée 15 montée sur l'arbre 3 à l'amont du deuxième palier 6. 20 Lors d'un accident du turboréacteur 10 comprenant une perte d'une aube 2, un balourd important est produit sur la soufflante 1 et transmis à l'arbre 3, qui fléchit avec le risque de produire d'autres dégâts dans le turboréacteur 10 à cause des efforts importants exercés sur l'arbre 3 et les paliers 5 et 6. Cependant, les vis 11 de montage du premier dispositif de découplage 8 étant fusibles en traction, elles cèdent les unes après 25 les autres si la force longitudinale cyclique que le balourd communique au premier dispositif de découplage 8 est suffisante. Le premier palier 5 cesse alors de soutenir la soufflante 1, la rotation du premier dispositif de découplage 8 est désormais limitée aux mouvements permis aux doigts 12 dans les lumières 13. Les efforts qui sont alors transmis au stator 4, exclusivement par le deuxième palier 6, comprennent alors une composante radiale suffisante pour rompre les vis 11, fusibles en cisaillement. La rotation du dispositif 3041685 3 de découplage 9 est désormais limitée aux mouvements permis par les vis anti-rotation 11 dans les lumières correspondantes. Le montage de la soufflante 1 devient souple et les efforts produits dans le turboréacteur 10 par le balourd diminuent ou disparaissent. Une complication peut toutefois survenir, à savoir une rupture de l'arbre 3, par exemple si le 5 balourd le fléchit assez pour qu'il frotte constamment sur la ligne d'arbres à haute pression qui lui est concentrique. Une telle rupture de l'arbre 3 aurait pour conséquence un déplacement de la soufflante 1 vers l'amont et éventuellement une chute. Toutefois, cela est empêché par le contact entre le bec 14 et la butée 15. Néanmoins, les solutions de découplage décrites dans l'art antérieur ne sont 10 pas entièrement satisfaisantes. En particulier, elles présentent généralement les inconvénients d'impacter l'encombrement général de la turbomachine et également d'augmenter le poids total de celle-ci. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux besoins 15 mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un compresseur de turbomachine, notamment un compresseur basse pression, encore désigné par la terminologie anglaise « booster », comportant un rotor portant une pluralité de rangées d'aubes rotoriques et un stator portant une pluralité de rangées d'aubes statoriques, 20 chaque rangée circonférentielle d'aubes statoriques formant un étage redresseur et chaque aube statorique s'étendant entre une virole intérieure et une virole extérieure, le rotor ayant un arbre d'entraînement centré sur l'axe de rotation de la turbomachine par au moins un palier, caractérisé en ce que ledit au moins un palier est supporté par la virole intérieure d'un 25 étage redresseur amont du compresseur dont la virole extérieure est assemblée à la virole extérieure d'un étage redresseur aval par une liaison fusible, l'étage redresseur amont et la liaison fusible formant ensemble un dispositif de découplage dudit au moins un palier. 3041685 4 Grâce à l'invention, il est possible de fournir une solution alternative d'intégration d'un dispositif de découplage de palier dans un compresseur de turbomachine, permettant d'obtenir à la fois un gain en termes de masse et également en termes d'encombrement. La modification des chemins d'effort en cas de découplage 5 peut également permettre de limiter les efforts transitant dans d'autres parties de la turbomachine, et notamment au niveau des bras internes du moyeu de carter intermédiaire. Le compresseur selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons 10 techniques possibles. Avantageusement, l'étage redresseur amont peut être formé par le premier étage redresseur du compresseur, encore appelé aubage de redressement d'entrée (ou encore IGV pour « Inlet Guide Vane » en anglais). De plus, l'étage redresseur aval peut être formé par le deuxième étage redresseur du compresseur. Ledit au moins un palier 15 peut alors être formé par le premier palier amont permettant le centrage de l'arbre d'entraînement sur l'axe de rotation de la turbomachine. La liaison fusible peut tout particulièrement être formée par une pluralité de vis fusibles. L'aube statorique de l'étage redresseur amont supportant ledit au moins un 20 palier peut avantageusement comporter un conduit interne d'arrivée de fluide lubrifiant vers ledit au moins un palier et un conduit interne d'évacuation de fluide lubrifiant depuis ledit au moins un palier. De cette façon, il peut être possible d'assurer la lubrification, notamment en huile, du roulement du palier. 25 Ainsi, de façon avantageuse, l'étage redresseur amont du compresseur assure à la fois le rôle de chemin de contrainte pour le palier mais permet également de garantir la circulation du fluide de lubrification. En outre, le passage de fluide de lubrification au travers de l'IGV peut permettre d'améliorer le comportement de celle-ci pour le cas du dégivrage, en assurant 30 le rôle de dégivrage en remplacement d'autres dispositifs spécifiques. 3041685 5 A titre d'exemple, l'aube statorique de l'étage redresseur amont peut être fabriquée par impression en trois dimensions (3D), encore appelée manufacture additive. Par ailleurs, ledit au moins un palier peut comporter un palier à roulement, notamment à billes, réalisé à partir d'au moins un matériau céramique. 5 De façon avantageuse, le choix d'un matériau céramique peut permettre de réduire la masse du palier malgré son important diamètre. En outre, l'arbre d'entraînement peut être centré sur l'axe de rotation de la turbomachine par le premier palier amont et par un second palier aval, le stator comportant une partie structurale et une partie de support du second palier aval, 10 s'étendant de la partie structurale au second palier aval, la partie de support étant assemblée à la partie structurale par une liaison fusible, notamment par des vis fusibles, la partie de support et la liaison fusible formant ensemble un dispositif de découplage du second palier aval. De plus, l'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, 15 une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un compresseur tel que défini précédemment. La turbomachine peut tout particulièrement comporter une soufflante, portant une pluralité d'aubes de soufflante et étant entraînée par l'arbre d'entraînement, lesdites aubes de soufflante étant montées sur un disque annulaire, et ledit au moins un 20 palier étant supporté par le disque annulaire. Le compresseur et la turbomachine selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 25 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 illustre, en coupe axiale partielle, un montage connu de soufflante d'un turboréacteur selon une vue générale, 3041685 6 - la figure 2 est une vue de détails selon A de la figure 1, et - la figure 3 illustre, en coupe axiale partielle, un exemple de turbomachine comportant un compresseur basse pression conforme à l'invention. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner 5 des éléments identiques ou analogues. De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER Dans toute la description, il est noté que l'on appelle axe T de la 10 turbomachine 10, l'axe de symétrie radiale de la turbomachine 10 (voir figure 1). La direction axiale de la turbomachine 10 correspond à l'axe de rotation de la turbomachine 10, qui est la direction de l'axe T de la turbomachine 10. Une direction radiale de la turbomachine 10 est une direction perpendiculaire à l'axe T de la turbomachine 10. En outre, sauf précision contraire, les adjectifs et adverbes axial, radial, axialement et 15 radialement sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale précitées, et les termes éventuels intérieur (ou interne) et extérieur (ou externe) sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est plus proche de l'axe T de la turbomachine 10 que la partie extérieure du même élément. Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites précédemment dans la partie relative à 20 l'art antérieur et au contexte technique de l'invention. En référence à la figure 3, on a illustré, en coupe axiale partielle, un compresseur basse pression 20 d'une turbomachine 10 conforme à l'invention. Le compresseur 20 comporter un rotor 21 portant une pluralité de rangées d'aubes rotoriques 22 et un stator 4 portant une pluralité de rangées d'aubes statoriques 25 23. Le stator 4 comporte un carter 27 et une paroi 29 délimitant le flux d'air secondaire. Chaque rangée circonférentielle d'aubes statoriques 23 forme un étage redresseur et chaque aube statorique 23 s'étend entre une virole intérieure 24 et une virole extérieure 25 dudit étage redresseur. Sur la figure 3, seuls les premier El et deuxième E2 étages redresseurs sont référencés. 3041685 7 De plus, la turbomachine 10 comporte une soufflante 1, portant une pluralité d'aubes de soufflante 2 et qui est entraînée par un arbre d'entraînement 3, les aubes de soufflante 2 étant montées sur un disque annulaire 28. L'arbre d'entraînement 3 est centré sur l'axe de rotation T de la turbomachine 5 10 par un premier palier amont 5 et par un second palier aval 6. Conformément à l'invention, le premier palier amont 5 est supporté par la virole intérieure 24 du premier étage redresseur amont El du compresseur 20, encore appelé aubage de redressement d'entrée ou IGV, dont la virole extérieure 25 est assemblée à la virole extérieure 27 du deuxième étage redresseur aval E2 du compresseur 10 20 par le biais d'une pluralité de vis fusibles 26. De la sorte, le premier étage redresseur amont El et les vis fusibles 26 forment ensemble un dispositif de découplage du premier palier amont 5. Ainsi, de façon avantageuse, l'invention permet de répondre aux besoins et aux inconvénients décrits précédemment en termes de découplage par le déplacement 15 du premier palier amont 5 au niveau du premier étage redresseur El, soit au niveau de l'IGV, de sorte à intégrer la fonction de découplage au sein du compresseur basse pression 20. Le positionnement du premier palier amont 5 au niveau de l'IGV permet ainsi de la rendre structurale. De cette façon, il est possible de réduire la masse du dispositif de découplage ainsi que son encombrement. Par ailleurs, l'intégration du dispositif de 20 découplage est également facilitée par la présence des vis fusibles 26 au niveau d'une bride du compresseur 20. Par ailleurs, le premier palier amont 5 est également supporté par le disque annulaire 28 de la soufflante 1. En outre, afin d'en assurer la lubrification, l'aube statorique 23 du premier étage redresseur amont El comporte un conduit interne 25 d'arrivée de fluide lubrifiant H1 vers le premier palier amont 5 et un conduit interne d'évacuation de fluide lubrifiant H2 depuis le premier palier amont 5. Enfin, comme décrit précédemment, dans cet exemple de réalisation mais de façon nullement limitative, le stator 4 comporte une partie structurale 7 et une partie de support 9 du second palier aval 6, s'étendant de la partie structurale 7 au second palier 30 aval 6. Cette partie support 9 est assemblée à la partie structurale 7 par une pluralité de 3041685 8 vis fusibles 11, de sorte que la partie de support 9 et les vis fusibles 11 forment ensemble un dispositif de découplage du second palier aval 6. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier. 5 REVENDICATIONS1. Compresseur (20) de turbomachine (10), comportant un rotor (21) portant une pluralité de rangées d'aubes rotoriques (22) et un stator (4) portant une pluralité de rangées d'aubes statoriques (23), chaque rangée circonférentielle d'aubes statoriques (23) formant un étage redresseur (El, E2) et chaque aube statorique (23) s'étendant entre une virole intérieure (24) et une virole extérieure (25), le rotor (21) ayant un arbre d'entraînement (3) centré sur l'axe de rotation (T) de la turbomachine (10) par au moins un palier (5), caractérisé en ce que ledit au moins un palier (5) est supporté par la virole intérieure (24) d'un étage redresseur amont (El) du compresseur (20) dont la virole extérieure (25) est assemblée à la virole extérieure (27) d'un étage redresseur aval (E2) par une liaison fusible (26), l'étage redresseur amont (El) et la liaison fusible (26) formant ensemble un dispositif de découplage dudit au moins un palier (5). 2. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage redresseur amont (El) est formé par le premier étage redresseur (El) du compresseur (20), en ce que l'étage redresseur aval (E2) est formé par le deuxième étage redresseur (E2) du compresseur (20), et en ce que ledit au moins un palier (5) est formé par le premier palier amont (5) permettant le centrage de l'arbre d'entraînement (3) sur l'axe de rotation (T) de la turbomachine (10). 3. Compresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la liaison fusible (26) est formée par une pluralité de vis fusibles (26). 25 4. Compresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aube statorique (23) de l'étage redresseur amont (El) supportant ledit au moins un palier (5) comporte un conduit interne d'arrivée de fluide lubrifiant (H1) vers ledit au moins un palier (5) et un conduit interne d'évacuation de fluide lubrifiant (H2) depuis ledit 30 au moins un palier (5). 3041685 10 5. Compresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un palier (5) comporte un palier à roulement, notamment à billes, réalisé à partir d'au moins un matériau céramique. 5 6. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'arbre d'entraînement (3) est centré sur l'axe de rotation (T) de la turbomachine (10) par le premier palier amont (5) et par un second palier aval (6), le stator (4) comportant une partie structurale (7) et une partie de support (9) du second 10 palier aval (6), s'étendant de la partie structurale (7) au second palier aval (6), la partie de support (9) étant assemblée à la partie structurale (7) par une liaison fusible (11), notamment par des vis fusibles (11), la partie de support (9) et la liaison fusible (11) formant ensemble un dispositif de découplage du second palier aval (6). 15 7. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un compresseur (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une soufflante (1), portant une pluralité d'aubes de soufflante (2) et étant entraînée par 20 l'arbre d'entraînement (3), lesdites aubes de soufflante (2) étant montées sur un disque annulaire (28), et en ce que ledit au moins un palier (5) est supporté par le disque annulaire (28).