Brevet FR3071561A1 — publié le 20190329

MODULE DE COMPRESSEUR DE TURBOMACHINE A FLASQUE EVIDE La présente invention concerne le montage des tubes de pressurisation d'une enceinte interne dans une turbomachine, telle qu'un turbopropulseur ou un turboréacteur d'avion. La turbomachine concernée comprend un compresseur basse pression et un compresseur haute pression entraînés chacun par un arbre de rotation et reliés par un carter intermédiaire délimitant une veine d'écoulement annulaire d'un flux d'air primaire circulant du compresseur basse pression vers le compresseur haute pression. Sur une telle turbomachine, il est connu de prévoir un module de compresseur pourvu d'un flasque annulaire d'étanchéité porté par le carter intermédiaire et s'étendant entre des paliers de guidage des arbres des 15 compresseurs. Une extrémité radialement interne du flasque annulaire peut être équipée de systèmes d'étanchéité coopérant avec les extrémités aval et amont, respectivement, des arbres des compresseurs basse et haute pression. 20 Et cette extrémité radialement interne du flasque peut comprendre des cheminées radiales de montage de tubes de pressurisation de l'enceinte interne précitée, ces tubes s'étendant dans des conduits radiaux du carter intermédiaire qui débouchent dans la veine d'air primaire pour être alimentés en air sous pression. 25 Cet air sous pression vise à empêcher des fuites par les systèmes d'étanchéité de l'huile de lubrification des paliers de guidage des arbres des compresseurs. On assure ainsi une circulation d'air à travers les systèmes d'étanchéité vers l'intérieur de l'enceinte de lubrification ce qui permet de refouler vers l'intérieur de l'enceinte l'huile qui pourrait s'en 30 échapper. 2 En résumé, est ainsi connu sur certaines turbomachines, un module de compresseur comprenant un carter intermédiaire disposé entre un compresseur basse-pression et un compresseur haute-pression, le module comprenant : 5 - lesdits compresseurs basse pression et haute pression, lesquels comprennent des arbres axiaux respectifs guidés dans des paliers isolés d'une dite enceinte interne, située entre lesdits arbres de compresseurs, par des systèmes d'étanchéité dont sont pourvus les arbres axiaux, - un flasque d'étanchéité comprenant : 10 -- un fût axial dans lequel sont reçus lesdits arbres axiaux de compresseurs et leurs systèmes d'étanchéité, -- une bride de fixation au carter intermédiaire, et -- une paroi de liaison entre le fût axial et la bride, - des tubes radiaux de pressurisation de l'enceinte interne, reliant ladite enceinte à une veine d'air comprimé passant dans le carter intermédiaire, les extrémités des tubes radiaux étant engagées dans des conduits radiaux du carter intermédiaire et dans des cheminées radiales du flasque d'étanchéité. Dans la présente description, on définira comme : - axial, ce qui s'étend coaxialement ou parallèlement à l'axe de l'arbre de rotation du compresseur basse ou haute pression concerné - radial, ce qui s'étend radialement par rapport à cet axe, - amont et aval, ce qui se situe respectivement avant et après une zone ou pièce, dans une direction axiale, en suivant le sens général d'écoulement du flux gazeux dans la turbomachine, et - « système d'étanchéité » comme des moyens d'étanchéité disposés sur ou entre deux éléments en vis-à-vis, en vue d'empêcher, ou du moins de limiter, des fuites d'huile entre ces deux éléments. En tant que système d'étanchéité ici concerné, on peut citer les joints à labyrinthe (joints mécaniques qui fournissent un chemin tortueux pour empêcher, ou du moins de limiter, des fuites de fluide) et les joints à brosse (Les joints 3 brosse fournissent un moyen d'isoler les fluides dans des composants de machines rotatives ; ils peuvent typiquement fonctionner en absorbant les déformations radiales entre un arbre et un rotor en régime transitoire. Le joint retourne ensuite avec le rotor à la position de fonctionnement en 5 régime permanent pour maintenir un taux de fuite minimum. La partie brosse peut être composée de milliers de poils métalliques). La conception du support des tube radiaux de pressurisation implique la prévision d'une paroi de liaison qui, autour dudit fût, dans sa continuité axiale, est non axisymétrique afin de laisser place au pignon de 10 la boîte à engrenages dite IGB (Internai Gear Box / boîte de vitesses interne) à partir de laquelle des équipements auxiliaires sont entraînés: pompes, générateurs de courant électriques ou autres. Plus précisément, turbomachine montée sur son aéronef et supposée à l'horizontale, au sol, avec l'axe conventionnel Z vertical, et 15 donc le repère horaire conventionnel 12h lui-même vertical, ladite paroi de liaison du flasque d'étanchéité est alors, circonférentiellement, centrée sur cet axe Z vertical, et donc sur le repère horaire conventionnel 12H. Par ailleurs, le carter intermédiaire est une pièce massive qui tend à rester à une température relativement froide, même alors que la 20 turbomachine fonctionne. Le flasque d'étanchéité est, lui, échauffé au contact de l'huile de lubrification des paliers de guidage des arbres des compresseurs, ce qui tend à augmenter sa température lors du fonctionnement de la turbomachine. 25 Le comportement thermique de ce flasque d'étanchéité, lors du fonctionnement de la turbomachine, implique donc que le fût axial est relativement chaud alors que la bride de fixation au carter intermédiaire est relativement froide. En cours de fonctionnement, lors de l'échauffement, on assiste 30 donc à une dilatation thermique de l'ensemble fût axial/ paroi de liaison alors que le plan radial dans lequel s'étend la bride est maintenu en 4 position par sa fixation avec le carter intermédiaire. Cette dilatation s'opère donc sous contrainte, et la répartition des masses, centrée sur la position angulaire 12h, tend à cambrer ladite paroi de liaison du flasque d'étanchéité en emmenant le fût axial verticalement, vers le haut et la 5 position 12h. Cette déformation sous contrainte se fait au détriment de la performance d'étanchéité des systèmes d'étanchéité qui ont alors globalement tendance à s'écarter de l'arbre de compresseur haute pression à 12h et à s'en rapprocher à 6h. 10 Pour au moins limiter cet inconvénient, une solution ici proposée est de limiter la raideur verticale de l'ensemble fût axial/ paroi de liaison autour de la position angulaire 12h. Il est ainsi proposé d'évider ladite paroi de liaison autour de la position 12h afin que le cambrement du flasque d'étanchéité ne se fasse 15 pas en entraînant un mouvement d'ensemble vers le haut (12h). En d'autres termes, sur un module de compresseur d'une turbomachine comprenant un carter intermédiaire disposé entre un compresseur basse-pression et un compresseur haute-pression, le module comprenant : 20 - lesdits compresseurs basse pression et haute pression, lesquels comprennent des arbres axiaux respectifs guidés dans des paliers isolés d'une enceinte interne, située entre lesdits arbres de compresseurs, par des systèmes d'étanchéité dont sont pourvus les arbres) axiaux, - un flasque d'étanchéité comprenant : 25 -- un fût axial dans lequel sont reçus lesdits arbres axiaux de compresseurs et leurs systèmes d'étanchéité, -- une bride de fixation au carter intermédiaire, et -- une paroi de liaison entre le fût axial et la bride, ladite paroi étant non axisymétrique autour dudit fût, 30 - des tubes radiaux de pressurisation de l'enceinte interne, reliant ladite enceinte à une veine d'air comprimé passant dans le carter intermédiaire, 5 les extrémités des tubes radiaux étant engagées dans des conduits radiaux du carter intermédiaire et dans des cheminées radiales du flasque d'étanchéité, il est ici d'abord proposé que la paroi de liaison entre le fût axial et la bride 5 présente un évidement. Dans les mêmes circonstances de dilatation que ci-avant indiqué, un flasque d'étanchéité ainsi réalisé se déplacera essentiellement dans la direction axiale et moins dans la direction verticale. Par ailleurs, et de préférence : 10 - ladite paroi de liaison du flasque d'étanchéité s'étend, circonférentiellement, de part et d'autre d'une des cheminées radiales orientée verticalement (donc de la position verticale 12h), et - les cheminées radiales sont angulairement régulièrement réparties autour dudit fût.. 15 Ainsi, on va favoriser un équilibre dans la pressurisation du système d'étanchéité. On notera que la position des cheminées radiales et du(des) évidement(s) ne sont pas liées. La position des évidements dépend de la position de la roue (ou arbre) de renvoi conique utilisée (cette roue 20 engrenant avec une autre roue liée à l'arbre du compresseur haute pression. La position des cheminées radiales dépend de l'intégration de la ventilation. Leur nombre dépend du débit à faire passer à travers elles. Par souci d'équilibrage des forces et d'une homogénéité de répartition des efforts en cas de sollicitation mécanique, il est conseillé que 25 l'évidement présente une forme de secteur tronqué. Et, pour éviter d'affaiblir le flasque d'étanchéité, tout en contrôlant les contraintes et en favorisant la circulation attendue d'air, il est proposé : - que la paroi du flasque d'étanchéité présente, depuis la bride vers le fût 30 axial, d'abord une première partie de paroi axiale ou sensiblement axiale 6 puis une seconde partie de paroi convexe, davantage radiale que la première partie de paroi, et - que l'évidement dans la paroi du flasque d'étanchéité s'étende dans ladite première partie de paroi en fonction de l'encombrement disponible et d'un 5 éventuel besoin de ventilation du compresseur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description 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'une 10 turbomachine, montrant un tube de pressurisation de l'enceinte interne monté sur un fût axial d'un flasque annulaire d'étanchéité conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective du flasque (30 ci-après) de la figure 1 (voir coupe 1-1), 15 - et la figure 3 schématise en vue davantage de côté une variante du flasque. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une partie de turbomachine à gaz d'aéronef pourvue d'un carter intermédiaire 10 agencé entre un compresseur basse-pression 11 amont et un compresseur 20 haute-pression 12 aval de la turbomachine. Le rotor 14 du compresseur haute-pression est entraîné en rotation par un arbre 16 qui est porté et guidé à son extrémité amont par un palier à roulement 18 et qui est entraîné par l'arbre d'une turbine haute-pression agencée en aval (non représentée). 25 De manière similaire, le rotor 13 du compresseur basse-pression 11 est entraîné en rotation par un arbre 20 qui peut être porté et guidé par un palier à roulement (non représenté) et qui est entraîné par un arbre 24 d'une turbine basse-pression agencée en aval de la turbine haute-pression. Les arbres 16, 20 sont axiaux (axe X qui est aussi l'axe 30 longitudinal de la turbomachine). 7 Le carter intermédiaire 10 délimite une veine 26 d'écoulement d'un flux d'air primaire circulant depuis le compresseur basse-pression 11 vers le compresseur haute-pression 12 et comprend des bossages cylindriques tubulaires 28 s'étendant radialement vers l'intérieur. 5 Un flasque annulaire 30 est fixé à son extrémité aval sur une bride 32 du carter intermédiaire 10 grâce à un système de fixation vis/écrou 34 et coopère à son extrémité amont avec les extrémités aval et amont, respectivement, des arbres des compresseurs basse-pression 20 et haute-pression 16. 10 Le flasque annulaire 30 est métallique. Il comprend une paroi 36, ici tronconique, dont le diamètre en section se réduit vers l'amont, raccordée à son extrémité amont à une paroi 38 sensiblement cylindrique traversées par des cheminées radiales 40,40a, tubulaires, s'étendant vers l'extérieur ; voir aussi figure 2. 15 Dans l'exemple, trois cheminées radiales, chacune à 120° autour de l'axe X, ont été prévues. Ceci n'est pas limitatif. La paroi 38 définit un fût axial dans lequel sont reçus les arbres axiaux 16, 20 de compresseurs et leurs joints à labyrinthe 44. Avec les éléments abradables 42 (voir ci-après), ces joints à 20 labyrinthe 44 définissent dans l'exemple le système d'étanchéité évoqué ci- avant. La paroi 36 définit une paroi de liaison entre le fût axial 38 et une bride 39 de fixation du flasque annulaire 30 au carter intermédiaire 10. Comme on le voit également sur les deux réalisations des 25 figures 2,3, la paroi 36 est non axisymétrique autour du fût 38, et donc de l'axe X. En d'autres termes, circonférentiellement, la paroi 36 n'est dans l'exemple pas entièrement annulaire, mais ne s'étend que sur un secteur angulaire autour de l'axe X, en aval et dans la continuité structurelle du fût 38 ; par exemple environ sur les 2/3 de la circonférence. Une ouverture 30 angulaire 62 y est ainsi définie, pour laisser le passage au pignon de la boîte à engrenages IGB(non représenté). 8 L'étendue de la bride 39 et de la partie 36a (voir ci-après) le la paroi 36 répond à un besoin de fixation à la virole correspondante, appelée ci-avant, bride 32 et à d'éventuels besoins de passage de ventilation ou d'isolation au niveau du compresseur placé au-dessus. Il faut aussi 5 typiquement tenir compte de l'encombrement de la boîte à engrenages IGB. La paroi peut ainsi être coupée - ouverture angulaire 62 - pour laisser de la place à la boîte à engrenages IGB. Concernant le pignon « non représenté » de la boîte à engrenages IGB, il s'agit de celui situé en général à 6H ou au environ pour 10 faciliter la lubrification de l'engrenage. Le pignon avec lequel il engrène est par contre représenté figurel en 41. Il est solidaire de l'arbre haute pression 16 et permet l'entrainement de la boite d'engrenage. C'est de la position de ce pignon ici non visible que dépend la position des ouverture(s) angulaire(s) 62 et évidement(s) 64 15 En l'espèce, la bride 39 est radiale et vient en contact avec la bride 32, également radiale, du carter intermédiaire 10, comme montré figure 1. Dans l'exemple de la figure 2, la bride 39 de fixation, qui forme ici un rebord radial, est également interrompue circonférentiellement, de la même manière (même secteur angulaire) que la paroi 36 de liaison. Elle 20 pourrait être entièrement annulaire, comme montré figure 3. Comme montré figure 1, le fût axial 38, qui est entièrement annulaire et peut être cylindrique, comprend à ses extrémités amont et aval, des éléments abradables 42 destinés à coopérer avec des joints à labyrinthe 44 portés par les extrémités respectivement amont et aval des 25 arbres de compresseur haute et basse pression 16, 20. On notera que ces éléments abradables 42 complètent donc les joints labyrinthe pour définir ici le système d'étanchéité. Par exemple pour un joint à brosse il s'agirait d'une piste sur laquelle la brosse viendrait frotter. 30 De façon étanche, des tubes de pressurisation 46 sont montés dans les cheminées 40,40a et dans les conduits formés par les bossages 9 radiaux 28 du carter intermédiaire 10, les extrémités des tubes 46 comprenant des gorges annulaires recevant- des joints annulaires d'étanchéité 48. En fonctionnement, de l'air circulant dans la veine- primaire 26 5 est prélevé par les tubes 46 pour pressuriser l'enceinte interne 47 située entre les arbres axiaux 16, 20 des compresseurs et l'arbre 24 de turbine basse-pression, ce qui évite des fuites de l'huile de lubrification, depuis--les paliers, tels que 18, vers cette enceinte, par les joints à labyrinthe 44. Les cheminées 40,40a du flasque d'étanchéité ont une longueur 10 ou dimension radiale suffisante pour que les extrémités radialement internes des tubes 46 de pressurisation puissent y être déplacées en translation entre leur position de service et leur position de montage, ce qui permet de n'insérer qu'une seule fois les joints annulaires 48 des extrémités radialement internes des tubes 46 dans les cheminées 40,40a, 15 lesquelles comprennent des moyens limitant le déplacement en translation des tubes 58 vers les arbres de compresseur. Ces moyens comprennent un rétrécissement du diamètre interne des cheminées, formé par un rebord annulaire 60 disposé à l'extrémité radialement interne des cheminées 40,40a. Le rebord 60 sert ainsi de butée en translation aux tubes 46. 20 Comme expliqué ci-avant, afin d'éviter que le fût 38 tende à se cambrer verticalement vers la position 12h (voir figures 2 et 3), lors d'un échauffement lié au fonctionnement de la turbomachine, il est donc prévu que la paroi 36 de liaison entre le fût 38 axial-et la bride 39 présente un évidement 64, c'est-à-dire une orifice traversant ou un passage, sur un 25 secteur de sa circonférence. Autour du fût 38 axial, en aval de celui-ci, l'évidement 64 présente une forme de secteur tronqué. Pour un équilibrage des efforts en cas de contrainte importante, la figure 2 vise à montrer qu'en positionnant l'axe Z verticalement-(position 30 12h), comme cela est conventionnel, alors : 10 - la paroi 36 s'étend, circonférentiellement, de part et d'autre de la cheminée 40a qui est alors orientée verticalement ; ainsi, la paroi 36 et son évidement 64 sont angulairement centrés par rapport à la cheminée radiale 40a orientée verticalement, 5 - et l'évidement 64 dans la paroi 36 est aussi angulairement centré par rapport à cette cheminée radiale 40a orientée verticalement. Il en serait de préférence de même si l'on choisissait le flasque 30 de la figure 3 (où les fûts 40,40a n'ont pas été représentés). Comme on l'a compris, la position de la paroi 36 dépendra des 10 besoins du compresseur et de la position et de l'étendue de la boîte à engrenages IGB. Par ailleurs, pour associer l'effet anti-cambrement attendu à une raideur générale suffisante, il est conseillé, comme illustré : - que la paroi du flasque d'étanchéité présente, depuis la bride 39 vers le 15 fût axial 38, d'abord une première partie 36a de paroi axiale ou sensiblement axiale puis une seconde partie 36b de paroi convexe, davantage radiale que la première partie de paroi, éventuellement convexe vers le fût 38 pour accroître alors la rigidité, - et que l'évidement 64 dans la paroi du flasque d'étanchéité s'étende (ou 20 non) dans la première partie 36a en fonction de l'encombrement (espace libre disponible alentour) et d'un éventuel besoin de canalisation de ventilation du compresseur (16 et/ou REVENDICATIONS1. Module de compresseur d'une turbomachine comprenant un carter intermédiaire (10) disposé entre un compresseur basse-pression (11) 5 et un compresseur haute-pression (12), le module comprenant : - lesdits compresseurs basse pression (11) et haute pression (12), lesquels comprennent des arbres (16, 20) axiaux respectifs guidés dans des paliers (18) isolés d'une enceinte interne (47), située entre lesdits arbres de compresseurs (16, 20), par des systèmes d'étanchéité (44) dont sont 10 pourvus les arbres (16, 20) axiaux, - un flasque d'étanchéité (30) comprenant : - un fût (38) axial dans lequel sont reçus lesdits arbres axiaux (16, 20) de compresseurs et leurs systèmes d'étanchéité (44), -- une bride (39) de fixation au carter intermédiaire (10), et 15 -- une paroi (36) de liaison entre le fût (38) axial et la bride (39), ladite paroi (39) étant non axisymétrique autour dudit fût et s'étendant, circonférentiellement, de part et d'autre d'une direction radiale audit axe, - des tubes radiaux (46) de pressurisation de l'enceinte interne (47), reliant 20 ladite enceinte à une veine d'air comprimé passant dans le carter intermédiaire (10), les extrémités des tubes radiaux (46) étant engagées dans des conduits radiaux (28) du carter intermédiaire (10) et dans des cheminées radiales (40,40a) du flasque d'étanchéité, caractérisé en ce que la paroi (36) de liaison entre le fût (38) axial et la 25 bride (39) présente un évidement (64). 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (64) présente une forme de secteur tronqué. 3. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que : - la paroi (36) du flasque d'étanchéité (30) s'étend, circonférentiellement, 30 de part et d'autre d'une des cheminées radiales (40a) orientée verticalement, 12 - et les cheminées radiales (40a) sont angulairement régulièrement réparties autour dudit fût (38). 4. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - la paroi (36) de liaison du flasque d'étanchéité (30) présente, depuis la bride (39) vers le fût (38) axial, d'abord une première partie (36a) de paroi axiale ou sensiblement axiale puis une seconde partie (36b) de paroi convexe, davantage radiale que la première partie de paroi, et - l'évidement (64) dans la paroi (36) de liaison s'étend dans la première partie (36a) en fonction de l'encombrement et d'un éventuel besoin de ventilation du compresseur (16,20).