Brevet FR3109959A1 — publié le 20211112

L’invention concerne une turbomachine comportant un compresseur comprenant des aubes fixes à calage variable (11) s’étendant chacune radialement entre un moyeu rotatif (6) et un carter fixe (3) entourant ce moyeu rotatif (6), chaque aube à calage variable (11) comprenant une pale (12) ayant une base (14) espacée par un premier jeu radial (J1) d’une paroi fixe (2) du carter (3), et un sommet (17) espacé par un second jeu radial (J2) d’une paroi rotative (4) du moyeu rotatif (6). La paroi fixe du carter (3) ou la paroi rotative (4) du moyeu rotatif (6) comporte au droit de la pale (12) un traitement de forme agencé pour canaliser une fuite d’air passant traversant le jeu correspondant. Figure pour abrégé : Figure 1 Compresseur de turbomachine comportant une paroi fixe pourvue d’un traitement de forme L’invention concerne un élément de stator d’une turbomachine comportant des aubes fixes à calage variable équipant un compresseur de cette turbomachine, ce compresseur pouvant être axial ou centrifuge, l’invention s’appliquant aussi bien à une turbomachine de type moteur d’aéronef qu’à une turbomachine de type turbine d’hélicoptère. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE D’une manière générale, un compresseur de turbomachine comporte un rotor tournant autour d’un axe principal, qui porte plusieurs étages de pales mobiles espacés les uns des autres le long de cet axe, et un carter fixe de révolution entourant l’ensemble qui est traversé d’amont en aval par un flux d’air lorsque l’ensemble est en service. L’ensemble est traversé par un flux d’air circulant dans un espace annulaire délimité intérieurement par le rotor et extérieurement par le carter. Entre deux étages mobiles consécutifs est interposé un étage de pales fixes, dit redresseur, permettant de canaliser l’air longitudinalement pour le dévriller avant qu’il n’entre dans l’étage mobile suivant. Un tel redresseur se présente sous forme d’une roue aubagée fixe portée par le carter qui entoure localement le rotor. Les pales d’un ou plusieurs de ces étages fixes sont avantageusement à calage variable, pour que leur position angulaire autour d’un axe radial ou incliné puisse être ajustée afin de l’adapter aux conditions de fonctionnement de la turbomachine qui fluctuent durant son utilisation. Ces pales fixes à calage variable sont pilotées par des éléments de commande ajustant dynamiquement leur calage. D’une manière générale, elles permettent d’adapter l’écoulement fluide avant admission dans l’étage mobile qui les suit immédiatement, pour étendre la gamme des conditions de fonctionnement dans laquelle le compresseur peut être utilisé sans risque de décrochage aérodynamique. En cas de décrochage aérodynamique, un bouchon de fluide se forme, appelé pompage, qui s’oppose à la circulation d’air dans le compresseur. Une telle situation peut conduire à la rupture d’aubes du compresseur, c’est-à-dire à détériorer voire détruire le compresseur. A cet effet, des vannes de décharge peuvent être prévues pour s’ouvrir afin de décomprimer l’air présent dans le compresseur, dans certaines situations, pour éviter l’établissement d’un régime de pompage, c’est-à-dire de décrochage aérodynamique. Néanmoins, le décrochage aérodynamique constitue un facteur déterminant qui limite l’étendue de la plage des conditions d’utilisation du compresseur, de sorte qu’il constitue un élément important dans la conception et le dimensionnement d’un compresseur. Le but de l’invention est d’apporter une solution permettant de limiter le risque de décrochage aérodynamique dans un compresseur comportant un stator portant des pales à calage variable. A cet effet, l’invention a pour objet un compresseur comprenant un carter fixe portant des aubes fixes à calage variable s’étendant chacune radialement depuis ce carter fixe jusqu’à un moyeu rotatif entouré par ce carter fixe, chaque aube à calage variable comprenant une pale ayant une base espacée par un jeu radial d’une paroi fixe du carter, et dans lequel la paroi fixe du carter comporte au droit des bases des pales un traitement de forme agencé pour canaliser une fuite d’air traversant le jeu. Avec cette solution, le flux d’air traversant les jeux en base de pale est redressé vers la direction axiale, de sorte que le dévrillage du flux est plus efficacement réalisé, ce qui limite le risque de décrochage aérodynamique du compresseur. Ceci permet par conséquent d’étendre la plage des conditions de fonctionnement où le compresseur peut être utilisé, c’est-à-dire l’opérabilité du compresseur. L’invention concerne également un compresseur ainsi défini, dans lequel chaque pale comporte un sommet espacé par un autre jeu radial d’une paroi rotative du moyeu rotatif, et dans lequel la paroi rotative comporte au droit des sommets des pales un traitement de forme agencé pour canaliser une fuite d’air traversant cet autre jeu. L’invention concerne également un compresseur ainsi défini, dans lequel la paroi fixe comporte un traitement de forme comprenant des rainures, ces rainures étant ouvertes vers les bases de pales sur toute leurs longueurs. L’invention concerne également un compresseur ainsi défini, dans lequel la paroi rotative comporte un traitement de forme comprenant des rainures, ces rainures étant ouvertes vers les sommets de pales sur toute leurs longueurs. L’invention concerne également une turbomachine comprenant un compresseur ainsi défini. est une vue schématique en coupe d’une portion de compresseur selon l’invention ; est une vue schématique d’une aube fixe à calage variable d’un compresseur selon l’invention ; est une vue schématique montrant des rainures axiales formées sur une paroi fixe du compresseur selon l’invention ; est une vue schématique montrant des rainures circonférentielles formées sur une paroi rotative du compresseur selon l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE L’INVENTION L’invention est basée sur le constat selon la présence de flux de fuite dans le compresseur provoque un risque de décrochage aérodynamique, de sorte que la diminution de certains débits de fuite permet de limiter le risque de décrochage aérodynamique, c’est-à-dire d’augmenter l’étendue de la plage des conditions d’utilisation du compresseur. Plus concrètement, l’invention permet de réduire le risque de décrochage aérodynamique en limitant les flux de fuite qui existent au niveau du sommet et/ou de la base des pales fixes à calage variable du compresseur. Sur la figure 1, une portion 1 de compresseur de turbomachine est traversée par un fluide s’écoulant selon un axe longitudinal AX de la turbomachine depuis l’amont AM vers l’aval AV. Cette portion de compresseur 1 est ici délimitée extérieurement par une paroi fixe 2 d’un carter fixe 3 généralement de révolution, et intérieurement par une paroi rotative 4 d’un moyeu 6 de rotor, cette paroi interne étant généralement de révolution et coaxiale avec l’axe longitudinal AX. Cette portion de compresseur 1 comporte ici un étage rotatif 7, suivi immédiatement à son aval AV d’un étage fixe 8. L’étage rotatif comprend des aubes rotatives portées par le moyeu tournant autour de l’axe AX, l’une de ces aubes rotatives est visible sur la figure 1 où elle est repérée par 9. L’étage fixe 8 porte des aubes fixes, l’une de ces aubes fixes est visible sur la figure où elle est repérée par 11. Chaque aube fixe 11 de l’étage 8 est une aube à calage variable, comprenant une pale 12 portée par un pied 13 qui est maintenu par le carter 3, en étant apte à tourner autour d’un axe radial AR pouvant être incliné ou oblique par rapport à l’axe AX. La pale 12 comporte une base 14 située en vis-à-vis de la paroi fixe 2, prolongée par un corps de pale 16 terminé par un sommet 17 situé en vis-à-vis de la paroi rotative 4, c’est-à-dire la paroi du moyeu rotatif 6. Comme visible sur la figure 2, il existe d’une part un premier jeu radial J1 entre la base 14 et la paroi fixe 2, et d’une manière analogue il existe un second jeu radial J2 entre le sommet 17 qui est fixe et la paroi rotative 4. Ces jeux résultent de contraintes de montage et de dilatations thermiques intervenant dans la turbomachine en service, de sorte qu’il n’est pas possible de les supprimer. En fonctionnement, de l’air à redresser par l’étage fixe 8 fuit en passant à travers l’interstice formé par le premier jeu J1 et à travers l’interstice formé par le second jeu J2. Cet air circule depuis le côté intrados de l’aube fixe à calage variable vers le côté extrados de celle-ci, en longeant la paroi fixe 2 et la paroi rotative 4. D’une manière générale, ces flux de fuite engendrent une déviation de l’écoulement fluide traversant l’étage fixe, qui pénalise l’effet de dévrillage de cet étage fixe. Concrètement, le fait que le fluide n’est pas suffisamment dévrillé se traduit par un risque de décrochage aérodynamique du compresseur. Autrement dit, ces fuites limitent l’opérabilité du compresseur c’est-à-dire l’étendue de la gamme des conditions de fonctionnement dans laquelle le compresseur peut être utilisé sans risque de décrochage aérodynamique. Selon l’invention, la paroi fixe 2 du carter comporte un traitement de forme, repéré par 18 sur la figure 2, dans la région de l’aube 11, destiné à limiter la perturbation introduite dans l’écoulement principal E par le fluide fuyant à travers le jeu J1. Ce traitement de forme vise à corriger la direction d’écoulement du flux fuyant à travers le jeu pour le ramener parallèlement à l’axe longitudinal. Ce traitement de forme se matérialise par exemple par des rainures formées à la face interne de la paroi 2, ces rainures étant agencées pour redresser le fluide s’écoulant à travers le jeu J1, depuis le côté intrados vers le côté extrados de la pale. Grâce à ce traitement de forme, le fluide traversant le jeu J1 est réintroduit dans l’écoulement principal E en ayant au niveau de la sortie de ce jeu J1 une orientation la plus proche possible de celle du fluide de l’écoulement principal E longeant l’extrados au niveau de la base 14 de la pale. Avantageusement, la paroi rotative 4 du moyeu comporte elle aussi un traitement de forme, repéré par 19, qui est situé au droit du sommet de pale 17, de façon à réduire la perturbation introduite dans l’écoulement principal E par le fluide fuyant à travers le second jeu J2. D’une manière générale, les rainures sont orientées pour favoriser un guidage du flux de fuite dans une direction axiale, de manière à favoriser le dévrillage du flux y compris dans les zones de fuites. D’une manière générale, l’orientation des rainures dépend de cas considéré, et de la conception du compresseur. Ces rainures sont d’une manière générale rectilignes, en ayant soit une orientation relativement proche de celle de l’axe dans le cas de rainures longitudinales ou axiales, soit une orientation proche de la normale à l’axe longitudinal pour former des rainures circonférentielles ou hélicoïdales. Dans l’exemple de la figure 3, la paroi fixe 2 du carter comporte des rainures 21 axiales, ayant un angle faible par rapport à l’axe AX pour contribuer à redresser le flux de fuite à travers le jeu J1 vers la direction longitudinale, la paroi 2 du carter étant une paroi fixe. Ces rainures 21 couvrent une longueur, le long de l’axe AX, qui est inférieure à la longueur des pales selon la direction axiale multipliée par 1,2, et elles forment un angle avec la direction axiale AX compris entre +45° et -45°. Dans l’exemple de la figure 4, les rainures 22 qui équipent la paroi rotative 4 du moyeu sont de type hélicoïdal en ayant une orientation proche de la perpendiculaire à l’axe AX. Ces rainures forment ainsi des hélicoïdes à la manière d’une vis sans fin qui progresse de l’amont vers l’aval lorsque le moyeu tourne, de manière à redresser le flux de fuite à travers le jeu J2 vers la direction axiale AX. Ces rainures 22 sont disposées côte à côte en s’étendant dans leur ensemble sur une longueur inférieure à la longueur des pales selon la direction axiale multipliée par 1,2, et elles forment un angle avec la normale à la direction axiale AX compris entre +45° et -45°. Les exemples de rainures représentés sur les figures 3 et 4 sont donnés uniquement à titre indicatif, les rainures pouvant d’une façon plus générale avoir toute forme adaptée au cas considéré, ces rainures pouvant notamment être incurvées au lieu de rectilignes. En particulier, des rainures axiales du type représentées sur la figure 3 peuvent être prévues sur une paroi rotative, et des rainures hélicoïdales du type représentées sur la figure 4 peuvent être prévues sur une paroi fixe. Compresseur comprenant un carter fixe (3) portant des aubes fixes à calage variable (11) s’étendant chacune radialement depuis ce carter fixe (3) jusqu’à un moyeu rotatif (6) entouré par ce carter fixe (3), chaque aube à calage variable (11) comprenant une pale (12) ayant une base (14) espacée par un jeu radial (J1) d’une paroi fixe (2) du carter (3), et dans lequel la paroi fixe du carter (3) comporte au droit des bases (14) des pales (12) un traitement de forme agencé pour canaliser une fuite d’air traversant le jeu (J1). Compresseur selon la revendication 1, dans lequel chaque pale (12) comporte un sommet (17) espacé par un autre jeu radial (J2) d’une paroi rotative (4) du moyeu rotatif (6), et dans lequel la paroi rotative (4) comporte au droit des sommets (17) des pales (12) un traitement de forme (19) agencé pour canaliser une fuite d’air traversant cet autre jeu (J2). Compresseur selon la revendication 1, dans lequel la paroi fixe (2) comporte un traitement de forme (18) comprenant des rainures (21) axiales ou circonférentielles, ces rainures (21) étant ouvertes vers les bases (14) de pales (12) sur toutes leurs longueurs. Compresseur selon la revendication 2, dans lequel la paroi rotative (4) comporte un traitement de forme (19) comprenant des rainures (22) axiales ou circonférentielles, ces rainures (22) étant ouvertes vers les sommets (17) de pales (12) sur toutes leurs longueurs. Turbomachine comprenant un compresseur selon l’une des revendications précédentes. Turbomachine comprenant un compresseur selon l’une des revendications 1 à 4 comportant des rainures axiales et des rainures circonférentielles.