Brevet FR3062876A1 — publié le 20180817

COMPRESSEUR HAUTE PRESSION POUR TURBOMACHINE La présente invention concerne un ensemble pour turbomachine, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. La figure 1 est une vue simplifiée d'un compresseur haute pression 10 de turbomachine comprenant une alternance de rangées annulaires d'aubes mobiles ou roues de rotor 12 et de rangées annulaires d'aubes fixes 14 ou de stator. Le terme « stator » dans l'expression « aube de stator » désigne une aube qui ne se déplace pas autour de l'axe longitudinal L de la turbomachine. Les aubes de stator 16 sont du type à calage variable afin de régler leur position autour de leurs axes pour optimiser l'écoulement des gaz dans le moteur de la turbomachine. Chaque aube de stator 16 à calage variable comprend une pale 18 reliée à un pivot cylindrique 20, 22 à chacune de ses extrémités radialement interne et externe, ces pivots interne 20 et externe 22 définissant l'axe A de rotation de l'aube de stator 16 à calage variable. Le pivot radialement externe 22 est engagé dans une cheminée cylindrique 24 d'un carter annulaire externe 26 de la turbomachine. Pour chaque rangée annulaire 14 d'aubes, les pivots externes 22 sont reliés par une biellette 28 à un anneau de commande 30 monté autour du carter et qui est lui-même relié par un levier à un arbre de commande actionné par un vérin (figure 2). Le pivot radialement interne 20 de chaque aube de stator à calage variable 16 est engagé dans une ouverture d'une virole annulaire interne 32. Comme cela est visible sur la figure 1, chaque rangée d'aubes de stator à calage variable 14 est intercalée longitudinalement entre une roue de rotor amont 12 et une roue de rotor aval 12, les roues 12 sont reliées intérieurement par des moyens de liaison s'étendant radialement à l'intérieur des rangées annulaires 14 d'aubes de stator. Ces moyens de liaison portent notamment un anneau de léchettes annulaires 34 coopérant avec un matériau abradable 36 solidaire de la virole annulaire (figure 3). 3062 876 2 Pour faciliter la rotation des pivots externes 22 des aubes 16 dans le carter externe 26, les pivots externes 22 sont montés dans des douilles 38 logées dans les cheminées 24 du carter externe. De plus, des jeux sont prévus entre les pivots externes 22 et les douilles 38 pour assurer un 5 montage des pivots externes 22 dans les douilles 38 et la bonne rotation des pivots externes 22. Ces jeux sont dimensionnés afin d'éviter que l'extrémité radialement interne de la rangée d'aube 14 ne se déplace longitudinalement. Toutefois, la modification répétée des calages des aubes 16 à calage variable induit une usure des douilles 38 qui conduit à une augmentation des 10 jeux entre les pivots externes 22 et les douilles 38. Il s'ensuit un décalage de l'axe de rotation A' de chacune ou de certaines des aubes 16 de sorte que la virole annulaire interne 32 peut se déplacer vers l'amont conduisant à ce que son extrémité amont vienne en contact avec l'extrémité aval d'une plate-forme 40 annulaire radialement interne d'une roue mobile 12 agencée 15 en amont. Une réduction des jeux de montage entre les douilles et les pivots externes 22 n'est pas une solution envisageable puisqu'elle compliquerait le montage des aubes de stator 16 et pourrait de surcroit nuire au bon calage angulaire des aubes de stator 16 et serait donc préjudiciable au rendement 20 de la turbomachine. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes précités. A cette fin, l'invention propose un ensemble pour turbomachine comprenant une rangée annulaire d'aubes de stator d'axe longitudinal 25 comportant des aubes à calage variable comprenant chacune une pale radiale reliée extérieurement à un pivot radialement externe engagé en rotation autour de son axe dans une douille traversant un carter externe entourant extérieurement les pales radiales et relié intérieurement à un pivot radialement interne engagé en rotation autour de son axe dans une virole 30 annulaire radialement interne, ladite rangée annulaire d'aubes de stator ayant une extrémité radialement interne libre, caractérisé en ce que la 3062876 3 rangée annulaire d'aubes comprend une pluralité de bras radiaux fixés à leur extrémité radialement externe au carter externe et à leur extrémité radialement interne à la virole annulaire radialement interne. Selon l'invention, des bras radiaux sont montés entre le carter 5 externe et la virole annulaire interne et sont fixées à leurs extrémités radialement externe et interne sur le carter externe et la virole annulaire interne, respectivement, ce qui permet d'augmenter la rigidité de la rangée annulaire d'aubes de stator et limite les déplacements longitudinaux de leur extrémité radialement interne en cas d'usure des douilles. En pratique, les 10 déplacements longitudinaux sont limités vers l'amont mais également vers l'aval, ce qui permet dès lors de répondre également à un problème de choc qui pourrait survenir entre l'extrémité aval de la virole annulaire interne et l'extrémité amont d'une roue de rotor agencée immédiatement en aval. L'augmentation de la rigidité circonférentielle de la rangée annulaire d'aubes 15 de stator permet de réduire l'impact du montage en porte à faux de son extrémité radialement interne qui est libre, c'est-à-dire qui n'est fixée directement à aucune partie statique de la turbomachine. Selon une autre caractéristique de l'invention, les bras radiaux peuvent être régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal, ce qui 20 permet d'avoir une rigidité circonférentiellement sensiblement uniforme. Dans une réalisation de l'invention, les bras radiaux peuvent comprendre à leur extrémité radialement externe au moins une tige externe et à leur extrémité radialement interne une tige interne, la tige externe étant fixée dans le carter externe et la tige interne étant fixée dans la virole 25 annulaire interne. Les tiges interne et externe des bras radiaux permettent ainsi un montage des bras radiaux à la place d'une aube à calage variable sur la rangée annulaire d'aubes de stator, ce qui évite d'avoir à modifier structurellement le carter externe et la virole annulaire interne. Cette 30 opération peut ainsi être envisagée lors d'une opération de maintenance. 3062876 4 Selon une réalisation particulière, les bras radiaux comprennent à leur extrémité radialement externe deux tiges radiales engagées et fixées dans le carter externe. Dans ce cas, le carter externe doit être structurellement modifié pour permettre l'insertion des deux tiges radiales. 5 Cette configuration permet d'avoir une meilleure rigidité mécanique de la rangée annulaire d'aubes de stator du fait de la fixation par deux tiges externes. Dans l'une ou l'autre des configurations précitées, le système de commande des aubes à calage variable peut rester inchangé de sorte que 10 l'invention n'induit aucune modification de la cinématique de calage des aubes à calage variable. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tige interne et/ou la tige externe sont fixées sur la virole interne et le carter externe par des écrous de serrage. 15 Pour améliorer encore la rigidité, au moins l'une de l'extrémité radialement interne et de l'extrémité radialement externe d'un bras peut être fixée par soudure sur la virole annulaire interne et le carter externe, respectivement. Chaque bras radial peut présenter un profil aérodynamique 20 symétrique selon un plan contenant le bord de fuite et le bord d'attaque du bras. Au moins certains des bras radiaux peuvent être agencés de manière à ce que leurs bords d'attaque et bords de fuite soient situés dans un même plan radial. Autrement dit, le bord d'attaque et le bord de fuite des 25 bras sont alignés longitudinalement. Dans une autre configuration, les bords d'attaque de certains bras sont décalés angulairement par rapport à leurs bords de fuite dans le même sens autour de l'axe longitudinal que le sont les bords d'attaque des aubes à calage variable par rapport à leurs bords de fuite. Cet agencement réalise 30 un calage angulaire non nul des bras radiaux par rapport aux flux d'air, ce qui permet d'améliorer l'écoulement d'air et évite une réduction de l'angle de 3062876 5 calage angulaire maximale par rapport à la disposition mentionnée au paragraphe précédent. La rangée annulaire d'aube de stator peut être intercalée longitudinalement entre une roue de rotor amont et une roue de rotor aval 5 qui sont reliées l'une à l'autre par des moyens de liaison s'étendant radialement à l'intérieur de ladite rangée annulaire d'aubes de stator. L'invention concerne également un compresseur de turbomachine, tel qu'un compresseur haute pression, comprenant au moins un ensemble tel que décrit ci-dessus. 10 L'invention concerne encore une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant au moins un ensemble tel que décrit précédemment ou un compresseur tel que défini au paragraphe précédent. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, 15 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, déjà décrite précédemment, est une vue schématique en coupe longitudinale d'un compresseur haute pression selon 20 l'invention ; - la figure 2, déjà décrite précédemment, est une vue schématique en perspective et partielle d'une rangée annulaire d'aubes des stators de la figure 1 ; - la figure 3, déjà décrite précédemment, est une vue 25 schématique isolée d'une aube de stator et d'une roue mobile amont ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale d'une rangée annulaire d'aubes de stator selon l'invention comprenant des bras structuraux ; - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en coupe d'un 30 compresseur selon une première et une seconde variantes de réalisation de l'invention ; 3062876 6 - les figures 7 et 8 sont des vues schématiques de l'extrémité radialement externe d'une rangée annulaire d'aubes de stator selon la seconde variante ; - les figures 9 et 10 sont des vues schématiques de l'extrémité 5 radialement interne d'une rangée annulaire d'aubes de stator selon la première variante ou la seconde variante ; - les figures 11A, 11B, 12A, 12B, 13A et 13B sont des exemples d'agencements possibles des bras radiaux dans une rangée annulaire d'aubes de stator selon l'invention. 10 On se réfère maintenant aux figures 4 et suivantes en relation avec l'invention, les figures 1 à 3 ayant déjà été décrites précédemment et concernent la technique connue. La figure 4 représente un ensemble selon l'invention dont les éléments déjà décrits en référence aux figures 1 à 3 portent les mêmes 15 numéros de référence. Cet ensemble comprend une rangée annulaire 14 d'aube de stator comprenant à la fois des aubes de stator à calage variable 16 et des bras radiaux 40 structuraux, c'est-à-dire dépourvus de pivot de rotation. Ces bras radiaux 40 sont ainsi fixés rigidement dans toutes les directions à leurs extrémités radialement interne et externe à la virole 20 annulaire interne 32 et au carter externe 26, ce qui permet d'augmenter la rigidité de l'ensemble selon l'invention et ainsi de limiter le déplacement longitudinal de l'extrémité radialement interne de la rangée annulaire d'aubes de stator 14. En particulier, les bras radiaux 40 peuvent être régulièrement 25 répartis circonférentielle ment pour avoir une rigidité sensiblement uniforme circonférentiellement. Comme représenté en figure 4 et comparé à la réalisation de la technique antérieure représentée en figure 2, certaines des aubes de stator 16 à calage variable sont remplacées par des bras radiaux 40 formant 30 également des aubes de stator guidant le flux d'air. 3062876 7 Dans une première réalisation de l'invention représenté en figure 5, les bras radiaux 40a peuvent comprendre chacun une tige radiale externe 42 formée à leur extrémité radialement externe et une tige radiale interne formée 44 à leur extrémité radialement interne. Cette configuration des bras 5 40 radiaux s'avère particulièrement intéressante puisqu'elle évite de modifier la structure du carter externe 26 ainsi que la structure de la virole annulaire interne 32 en réalisant un montage de la tige interne 44 dans un logement tubulaire de la virole annulaire 32 et de la tige externe 42 dans une cheminée 24 du carter externe 26. 10 Dans une seconde réalisation de l'invention représentée en figure 6, l'extrémité radialement externe d'un bras radial 40b comprend deux tiges 42 radiales externes engagées dans des orifices du carter externe 26 et non plus dans une cheminée 24 comme dans la réalisation précédente. Si cette configuration impose une modification de la définition structurelle du carter 15 externe, elle offre une meilleure rigidité à l'ensemble selon l'invention du fait de l'utilisation de deux tiges externes 42. L'extrémité radialement interne du bras radial 40b comprend ici une seule tige 44 comme dans la réalisation précédente. La fixation des tiges externes 42 sur le carter externe 26 et la 20 fixation des tiges internes 44 sur la virole annulaire interne 32 peuvent être réalisées par des écrous 46 de serrage comme cela est respectivement représenté sur les figures 7 et 8 ainsi que les figures 9 et 10. Pour améliorer encore la fixation des bras radiaux 40a, 40b, un cordon de soudure 47 peut être prévu à la jonction entre la virole annulaire 25 interne 32 et la périphérie radialement interne des bras radiaux 40a, 40b (figure 10). Un cordon de soudure pourrait également être prévu à la jonction entre le carter externe 26 et la périphérie radialement externe des bras radiaux 40a, 40b. Les figures 11A, 11B, 12A, 12B, 13A et 13B représentent 30 différentes configurations de l'invention, les aubes 16 à calage variable étant en position de faible calage angulaire sur les figures 11A, 12A, 13A et étant 3062876 8 plus fortement calées angulairement sur les figures 11B, 12B et 13B. Les bras radiaux 40a, 40b sont ici à profil symétrique selon un plan passant par le bord d'attaque et le bord de fuite de chacun des bras radiaux 40a, 40b. Dans la première réalisation, les bras radiaux 40a, 40b 5 remplacent certaines des aubes à calage variable 16. Les bras radiaux 40a, 40b sont positionnés de manière à ce que le bord d'attaque 48 de chaque bras radial 40a, 40b soit aligné longitudinalement avec son bord de fuite 50. Cette configuration (figure 11A) permet de conserver le même nombre d'aubes de stator que dans la technique antérieure mais réduit l'angle de 10 calage angulaire maximale possible comme cela est visible sur la figure 11B. Pour répondre à cette difficulté, il serait alors possible de réduire le nombre d'aubes de stator à calage variable comme cela est visible sur la figure 12A, un calage angulaire optimal pouvant alors être obtenu tel que représenté en figure 12B. 15 Enfin, pour obtenir un angle de calage admissible le plus grand possible (figure 13B), il serait encore possible de caler angulairement les bras radiaux 40a, 40b, en décalant les bords d'attaque 48 des bras radiaux 40a, 40b par rapport à leurs bords de fuite 50 dans le même sens que sont décalés les bords d'attaque 52 des aubes 16 à calage variable par rapport à 20 leur bord de fuite 54 en position faiblement calée (figure 13A). REVENDICATIONS1. Ensemble pour turbomachine comprenant une rangée annulaire (14) d'aubes de stator d'axe longitudinal (L) comportant des aubes à calage variable (16) comprenant chacune une pale (18) radiale reliée extérieurement à un pivot (22) radialement externe engagé en rotation autour de son axe (A) dans une douille (38) traversant un carter externe (26) entourant extérieurement les pales radiales (18) et relié intérieurement à un pivot (20) radialement interne engagé en rotation autour de son axe (A) dans une virole annulaire (32) radialement interne, ladite rangée annulaire (14) d'aubes de stator ayant une extrémité radialement interne libre, caractérisé en ce que la rangée annulaire d'aubes (14) comprend une pluralité de bras (40a, 40b) radiaux fixés à leur extrémité radialement externe au carter externe (26) et à leur extrémité radialement interne à la virole annulaire radialement interne (32). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits bras radiaux (40a, 40b) sont régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal (L). 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 20 les bras radiaux (40a, 40b) comprennent à leur extrémité radialement externe au moins une tige externe (42) et à leur extrémité radialement interne une tige interne (44), la tige externe (42) étant fixée dans le carter externe (26) et la tige interne (44) étant fixée dans la virole annulaire interne (32). 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que les 25 bras radiaux (40a, 40b) comprennent à leur extrémité radialement externe deux tiges radiales (42) engagées et fixées dans le carter externe (26). 5. Ensemble selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la tige interne (44) et/ou la tige externe (42) sont fixées sur la virole interne (32) et le carter externe (26) par des écrous de serrage (46). 30 6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins l'une de l'extrémité radialement interne et de 3062876 10 l'extrémité radialement externe d'un bras (40a, 40b) est fixée par soudure sur la virole annulaire interne (32) et le carter externe (26), respectivement. 7. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bras radial (40a, 40b) présente un profil 5 aérodynamique symétrique selon un plan contenant le bord de fuite (50) et le bord d'attaque (48) du bras. 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins certains des bras radiaux (40a, 40b) sont agencés de manière à ce que leurs bord d'attaque (48) et bord de fuite (50) soient situés dans un 10 même plan radial. 9. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que les bords d'attaque (48) de certains bras (40a, 40b) sont décalés angulairement par rapport à leurs bords de fuite (50) dans le même sens autour de l'axe longitudinal (L) que le sont les bords d'attaque (52) des aubes à calage 15 variable (16) par rapport à leurs bords de fuite (54). 10. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rangée annulaire (14) d'aube de stator est intercalée longitudinalement entre une roue de rotor (12) amont et une roue de rotor aval qui sont reliées l'une à l'autre par des moyens de liaison s'étendant radialement à l'intérieur de ladite rangée annulaire d'aubes de stator. 11. Compresseur de turbomachine, tel qu'un compresseur haute pression, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ensemble selon l'une des revendications précédentes. 12. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant au moins un ensemble selon l'une des revendications 1 à 10 ou un compresseur selon la revendication 11.