Brevet FR3145195A1 — publié le 20240726

Traiteme n t de carte non axisymétrique avec plenum à ouverture pilotée Un carter (100) de compresseur de turbomachine (300) comprend une paroi annulaire interne (110) et une paroi annulaire externe (120) délimitant entre elles une cavité annulaire (130). La paroi annulaire interne comprend une pluralité de fentes (115) creusées dans l’épaisseur de la paroi, les fentes étant disposées les unes à côté des autres suivant une direction circonférentielle (D C ) et s’étendant chacune suivant une direction axiale (D A ). Le carter comprend en outre un anneau coulissant (140) présent dans la cavité annulaire (130) du carter. L’anneau coulissant est mobile suivant la direction axiale (D A ) entre une position d’ouverture dans laquelle lesdites fentes (115) présentes dans la paroi annulaire interne (110) du carter débouchent dans la cavité annulaire (130) et une position de fermeture dans laquelle l’anneau coulissant (140) recouvre au moins certaines fentes (115). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Traitement de carter non axisymétrique avec plenum à ouverture pilotée La présente invention se rapporte au domaine général des compresseurs de turbomachines, et plus particulièrement au traitement du carter des compresseurs de turbomachines. Les compresseurs de turbomachine sont constitués d’aubes mues en rotation à l’intérieur d’un carter qui assure l’étanchéité de la veine d’air avec l’extérieur du moteur. Il est connu que le jeu existant entre les extrémités des aubes mobiles du compresseur et le carter formant la paroi interne de la veine d’écoulement de l’air dégrade le rendement du moteur de la turbomachine. De plus, ce jeu peut modifier et dégrader le fonctionnement du compresseur jusqu’à l’apparition d’un phénomène de pompage qui résulte du décrochage du flux d’air de la surface des aubes. Le contrôle de la circulation de l’air à l’extrémité des aubes constitue un enjeu majeur pour obtenir à la fois un bon rendement aérodynamique du compresseur et une marge suffisante contre le phénomène de pompage. Afin de limiter l’impact de cet écoulement parasite entre l’extrémité des aubes et le carter, on peut traiter localement la surface interne du carter en y creusant des fentes disposées dans l’épaisseur du carter en regard des aubes. Les traitements de carter considérés dans la présente invention sont de type « fentes axiales » correspondant à une série de fentes disposées le long de la circonférence du carter (dans la direction azimutale). Ces fentes sont situées à la verticale (« au-dessus ») d’une roue de compresseur. Ces traitements sont donc non axisymétriques par rapport à l’axe de rotation du compresseur : il s’agit donc de traitement de carter non axisymétrique ou TCNA. La présence de ces fentes va modifier localement l’écoulement. L’objectif est d’influencer l’apparition des mécanismes responsables du départ en pompage du compresseur. Un traitement de carter efficace va augmenter la plage d’opérabilité du compresseur en retardant l’apparition de ces mécanismes, en particulier en diminuant le blocage aérodynamique en tête de roue. Certains concepts de TCNA proposent l’ajout d’une cavité annulaire ou « plenum » dans le carter comme décrit par exemple dans le document WO9420759, ce qui revient à ajouter une cavité au-dessus des fentes. Cette cavité s’étend sur la totalité de la circonférence du carter et relie les fentes entre elles. Cette cavité n’est pas directement ouverte sur la veine et n’est pas reliée à un circuit d’air secondaire. Le fluide doit passer par les fentes pour entrer et sortir de la cavité. L’ajout du plénum a tendance à amplifier la capacité du TCNA à augmenter la marge au pompage. La présence de la cavité annulaire (plenum) dans un TCNA n’a pas nécessairement d’intérêt à tous les régimes de fonctionnement. En effet, pour certains régimes, les fentes sont suffisantes pour assurer l’opérabilité. De plus, la cavité a nécessairement des modes propres acoustiques. Si ces modes propres sont excités, des phénomènes de résonance acoustiques sont susceptibles d’apparaitre et d’entrainer le pompage du compresseur. Egalement, pour certains compresseurs et pour certains régimes de fonctionnement, le TCNA sans tout ou partie de la cavité annulaire peut avoir un meilleur rendement que le TCNA avec cavité annulaire. Il est, par conséquent, souhaitable de pouvoir disposer d’un carter de compresseur ayant plusieurs configurations de TCNA, à savoir un carter dans lequel la communication entre les fentes et la cavité annulaire peut être pilotée. A cet effet, l’invention propose un carter de compresseur de turbomachine comprenant une paroi annulaire interne et une paroi annulaire externe délimitant entre elles une cavité annulaire, la paroi annulaire interne du carter comprenant une pluralité de fentes creusées dans l’épaisseur de la paroi annulaire interne, les fentes étant disposées les unes à côté des autres suivant une direction circonférentielle et s’étendant chacune suivant une direction axiale, caractérisé en ce que le carter comprend en outre un anneau coulissant présent dans la cavité annulaire dudit carter, l’anneau coulissant étant mobile suivant la direction axiale entre une position d’ouverture dans laquelle lesdites fentes présentes dans la paroi annulaire interne du carter débouchent dans la cavité annulaire et une position de fermeture dans laquelle l’anneau coulissant recouvre au moins certaines fentes de manière à ce qu’elles ne débouchent pas dans la cavité annulaire, le carter comprenant en outre un dispositif d’actionnement pour déplacer l’anneau coulissant entre les positions d’ouverture et de fermeture. Le carter de l’invention permet donc d’optimiser le traitement de carter non-axisymétrique en fonction des plages de fonctionnement du compresseur. En effet, pour les régimes qui le nécessitent, l’anneau coulissant est placé dans la position d’ouverture, ce qui permet de bénéficier d’un surplus de marge au pompage en permettant aux fentes du carter de déboucher dans la cavité annulaire ou plenum. Pour les régimes ou plages de fonctionnement où seul l’effet des fentes du carter est nécessaire pour le traitement, l’anneau coulissant est placé dans la position de fermeture, ce qui permet notamment d’éviter les modes acoustiques qui peuvent se développer dans la cavité annulaire et qui dépendent notamment de la vitesse de rotation. L’utilisation d’un anneau coulissant dans la cavité annulaire du carter offre en outre une solution d’intégration optimisée pour les carters de compresseur tout en limitant l’augmentation de la masse globale du carter et en assurant une tenue structurelle de l’ensemble du carter. Selon une caractéristique particulière de l’invention, l’anneau coulissant est formé d’une seule pièce. Dans ce cas, le dispositif d’actionnement peut comprendre un système d’injection d’air sous pression en communication avec un ou plusieurs orifices d’injection présents dans le fond aval de la cavité annulaire, une pluralité de ressorts étant maintenus en compression entre un fond amont de la cavité annulaire et l’anneau coulissant. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, l’anneau coulissant est divisé en plusieurs secteurs annulaires aptes à coulisser individuellement dans la cavité annulaire suivant la direction axiale. Cela permet de piloter sélectivement la fermeture des fentes du carter et de réduire le volume de la cavité annulaire pour des régimes de fonctionnement où un volume réduit de plenum est utile. Dans ce cas, le dispositif d’actionnement comprend un système d’injection d’air sous pression en communication avec au moins un orifice d’injection présent dans le fond aval de la cavité annulaire en regard de chaque secteur annulaire de l’anneau coulissant, au moins un ressort étant maintenu en compression entre un fond amont de la cavité annulaire et chaque secteur annulaire de l’anneau coulissant. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, l’anneau coulissant comporte des cavités sur sa face interne en regard de la face externe de la paroi annulaire interne, les cavités étant positionnées sur la face interne de l’anneau coulissant à des emplacements déterminés de manière à ce que les cavités coïncident avec les fentes dans la position de fermeture. Les cavités de l’anneau coulissant peuvent présenter une forme aérodynamique, comme par exemple une forme en lunule, ce qui permet de reconstituer des fentes avec une forme aérodynamique et de limiter ainsi les pertes. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, les dimensions des fentes de l’anneau mobile et des ouvertures du carter sont égales. L’invention concerne également un compresseur de turbomachine comprenant un carter selon l’invention. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. La est une vue schématique et partielle d’un compresseur de turbomachine avec un carter équipé d’un anneau coulissant en position ouverte selon un mode de réalisation de l’invention, La est une vue schématique et partielle d’un compresseur de turbomachine avec un carter équipé d’un anneau coulissant en position fermée selon un mode de réalisation de l’invention, La est vue inclinée du compresseur de la , La est vue inclinée du compresseur de la , La est vue schématique en perspective de l’anneau coulissant du carter du compresseur des figures 1 à 4, La est une vue de détail d’une partie de l’anneau coulissant de la . Les figures 1 à 4 représentent, de manière schématique et partielle, un compresseur de turbomachine 300 selon un mode de réalisation de l’invention. Le compresseur 300 comprend un rotor 200 équipé une pluralité d’aubes mobiles 210 entourées par un carter 100. Le carter 100 comprend une paroi annulaire interne 110 et une paroi annulaire externe 120 s’étendant chacune en longueur suivant une direction circonférentielle D C , en largeur suivant une direction axiale D A et en épaisseur suivant une direction radiale D R . La paroi annulaire interne 110 et la paroi annulaire externe 120 délimitent entre elles une cavité annulaire 130 formant un plenum. La paroi annulaire interne 110 comprend une pluralité de fentes creusées 115 (ou découpées) dans l’épaisseur de la paroi, chaque fente 115 débouche à la fois sur la face interne 111 et sur la face externe 112 de la paroi annulaire interne de manière à mettre en communication une veine d’écoulement E avec la cavité annulaire 130, la flèche E indiquant le sens de l’écoulement dans le compresseur et, par conséquent, les côtés amont et aval de celui-ci. Les fentes 115 sont disposées uniformément les unes à côté des autres dans la paroi annulaire interne 110 suivant la direction circonférentielle D C . Chaque fente 115 s’étend sur une longueur déterminée L115 suivant la direction axiale D A . Dans l’exemple décrit ici, les fentes 145 sont inclinées de 45° par rapport à la direction radiale DR. De façon connue, les fentes 115 et la cavité annulaire 130 dans laquelle elles débouchent constituent un traitement de carter non axisymétrique ou TCNA qui permet de modifier localement l’écoulement afin de réduire les mécanismes responsables du départ en pompage du compresseur. Conformément à l’invention, le carter 100 comprend en outre un anneau coulissant 140 présent dans la cavité annulaire 130 et représenté en entier sur la . L’anneau coulissant 140 est mobile suivant la direction axiale D A entre une position d’ouverture dans laquelle les fentes 115 présentes dans la paroi annulaire interne 110 du carter débouchent dans la cavité annulaire 130 (figures 1 et 3) et une position de fermeture dans laquelle l’anneau coulissant recouvre au moins une partie des fentes 115 ( et 4). Dans la position de fermeture, les fentes recouvertes par l’anneau coulissant ne débouchent pas dans la cavité annulaire. Plus précisément, l’anneau coulissant 140 se déplace le long de la face externe 112 de la paroi annulaire interne 110 suivant la direction axiale D A . L’anneau coulissant 140 présente suivant la direction axiale une longueur L 140 supérieure ou égale à la longueur L 115 des fentes. La longueur L 140 de l’anneau 140 est également déterminée de manière à ce que la cavité annulaire 130 s’étende suivant la direction axiale DA sur une longueur L 130 sensiblement équivalente à la longueur L 115 des fentes 115 lorsque l’anneau coulissant est dans la position d’ouverture ( ). Dans l’exemple décrit ici l’anneau coulissant 140 est monobloc de sorte que, dans la position de fermeture, l’anneau recouvre toutes les fentes 115 de la paroi annulaire interne 110. Dans ce cas, aucune fente ne débouche dans la cavité annulaire 130. Selon une caractéristique particulière, l’anneau coulissant 140 comporte des cavités 145 sur sa face interne 141 en regard de la face externe 112 de la paroi annulaire interne 110. Les cavités 145 sont positionnées sur la face interne 141 de l’anneau coulissant à des emplacements déterminés de manière à ce que les cavités 145 coïncident avec les fentes 115 dans la position de fermeture. Dans l’exemple décrit ici, les cavités 145 sont orientées à 45° comme les fentes 115. Les cavités 145 peuvent présenter des formes diverses. Elles peuvent en particulier présenter une forme aérodynamique telle qu’une forme de lunule comme représentée en . En position de fermeture, l’anneau coulissant 140 muni des cavités 145 permet de reconstituer des fentes avec des formes aérodynamiques limitant ainsi les pertes. La cavité annulaire 130 est fermée du côté amont par un fond amont 131 solidaire des parois annulaire interne et externe 110 et 120 et du côté aval par un flasque ou fond aval amovible 132. Le flasque amovible 132 comporte un ou plusieurs orifices d’injection 1320 débouchant dans la cavité annulaire 130 en regard d’une face aval 143 de l’anneau coulissant 140. Le carter 100 comprend un dispositif d’actionnement formé ici par un système d’injection d’air 10 relié à chaque orifice d’injection 1320. L’injection d’un flux d’air sous pression A via chaque orifice 1320 permet de commander le déplacement de l’anneau coulissant 140 dans la position de fermeture ( ). Le flasque amovible 132 est muni de joints toriques 133 et 134 afin d’assurer l’étanchéité entre la veine et l’extérieur. De même, l’anneau coulissant 140 est muni de joints toriques 147 et 148 afin d’assurer l’étanchéité entre l’anneau et l’extérieur. Plusieurs ressorts de rappel 20 sont en outre maintenus en compression entre le fond amont 131 de la cavité annulaire 130 et la face amont 144 de l’anneau coulissant 140. Les ressorts de rappel 20 sont uniformément répartis dans la cavité annulaire 130 suivant la direction circonférentielle D C . Les ressorts de rappel 20 permettent de maintenir l’anneau coulissant dans la position d’ouverture tant qu’aucun air sous pression n’est injecté via les orifices d’injection 1320. Selon une variante de réalisation, l’anneau coulissant peut être divisé en plusieurs secteurs annulaires aptes à coulisser individuellement dans la cavité annulaire suivant la direction axiale. Dans ce cas, le flasque ou fond aval comporte au moins un orifice d’injection en regard de chaque secteur annulaire. Le dispositif d’actionnement comprend toujours un système d’injection d’air mais qui est relié sélectivement, par exemple au moyen de vannes, à chaque orifice d’injection de manière à injecter de l’air sous pression de manière indépendante pour chaque secteur annulaire. Chaque secteur annulaire peut en outre coulisser dans des rails de guidage présent sur la face externe de la paroi annulaire interne et/ou sur la face interne de la paroi annulaire externe du carter. Lorsque l’anneau est muni de cavités, chaque secteur annulaire comprend un nombre de cavités correspondant au nombre de fentes de la partie de paroi annulaire interne à recouvrir. Il est ainsi possible de commander, par une injection d’air sous pression sélective, le déplacement dans la position de fermeture que d’une partie des secteurs annulaires, les autres secteurs annulaires étant maintenus dans la position d’ouverture par les ressorts de rappel. Le dispositif d’actionnement n’est pas limité à l’utilisation d’un système d’injection d’air sous pression. Le dispositif d’actionnement peut également utiliser des pistons ou des vérins logés dans la flasque amovible 132 ou tout autre système d’actionnement adapté. Quel que soit le mode de réalisation, les fentes du carter peuvent être toutes identiques. Quel que soit le mode de réalisation, les cavités de l’anneau coulissant peuvent être toutes identiques. De manière avantageuse, les cavités de l’anneau coulissant et les fentes du carter présentent les mêmes dimensions, c’est-à-dire qu’elles présentent la même longueur et la même largeur ; et la distance entre les fentes du carter est égale à la distance entre les cavités associées de l’anneau coulissant. Cela permet d’obtenir des cavités de l’anneau coulissant coïncidant avec les fentes du carter. Quel que soit le mode de réalisation, le carter peut être monobloc. Quel que soit le mode de réalisation, le nombre de fentes du carter (et donc le nombre des cavités de l’anneau coulissant) est compris entre 40 et 850, par exemple entre 45 et 810, par exemple entre 60 et 210. En effet, le traitement de carter nécessite entre 3 et 8 fentes par aube du rotor et un rotor comprend entre 15 et 90 aubes. Cette plage de valeurs permet donc de couvrir l’ensemble des possibilités. Quel que soit le mode de réalisation, le carter et l’anneau coulissant peuvent être réalisés en un même matériau. Cela permet aux deux pièces de subir les mêmes contraintes thermiques et mécaniques et donc de s’assurer que l’ouverture ou la fermeture de fentes du carter sera toujours possible, même en cas de dilatation thermique. De manière alternative, le carter et l’anneau coulissant peuvent être réalisés en des matériaux différents, mais il est nécessaire que ces deux matériaux aient des propriétés physiques proches voire identiques pour que leur dilatation thermique soit similaire. L’expression « compris(e) entre … et … » doit se comprendre comme incluant les bornes. Carter (100) de compresseur de turbomachine (300) comprenant une paroi annulaire interne (110) et une paroi annulaire externe (120) délimitant entre elles une cavité annulaire (130), la paroi annulaire interne du carter comprenant une pluralité de fentes (115) creusées dans l’épaisseur de la paroi annulaire interne, les fentes étant disposées les unes à côté des autres suivant une direction circonférentielle (D C ) et s’étendant chacune suivant une direction axiale (D A ), caractérisé en ce que le carter comprend en outre un anneau coulissant (140) présent dans la cavité annulaire (130) dudit carter, l’anneau coulissant étant mobile suivant la direction axiale (D A ) entre une position d’ouverture dans laquelle lesdites fentes (115) présentes dans la paroi annulaire interne (110) du carter débouchent dans la cavité annulaire (130) et une position de fermeture dans laquelle l’anneau coulissant (140) recouvre au moins certaines fentes (115), le carter comprenant en outre un dispositif d’actionnement pour déplacer l’anneau coulissant (140) entre les postions d’ouverture et de fermeture. Carter selon la revendication 1, dans lequel l’anneau coulissant (140) est formé d’une seule pièce. Carter selon la revendication 2, dans lequel le dispositif d’actionnement comprend un système d’injection d’air sous pression (10) en communication avec un ou plusieurs orifices d’injection (1320) présents dans le fond aval (132) de la cavité annulaire (130), une pluralité de ressorts (20) étant maintenus en compression entre un fond amont (131) de la cavité annulaire et l’anneau coulissant (140). Carter selon la revendication 1, dans lequel l’anneau coulissant est divisé en plusieurs secteurs annulaires aptes à coulisser individuellement dans la cavité annulaire suivant la direction axiale. Carter selon la revendication 4, dans lequel le dispositif d’actionnement comprend un système d’injection d’air sous pression en communication avec au moins un orifice d’injection présent dans le fond aval de la cavité annulaire en regard de chaque secteur annulaire de l’anneau coulissant, au moins un ressort étant maintenu en compression entre un fond amont de la cavité annulaire et chaque secteur annulaire de l’anneau coulissant. Carter de compresseur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’anneau coulissant (140) comporte des cavités (145) sur sa face interne (141) en regard de la face externe (112) de la paroi annulaire interne (110), les cavités étant positionnées sur la face interne de l’anneau coulissant à des emplacements déterminés de manière à ce que les cavités (145) coïncident avec les fentes (115) dans la position de fermeture. Carter selon la revendication 6, dans lequel les cavités (145) de l’anneau coulissant (140) présentent une forme de lunule. Carter selon la revendication 6 ou 7, dans lequel les dimensions des cavités (145) de l’anneau coulissant (140) et des fentes (115) du carter sont égales. Compresseur de turbomachine (300) comprenant un carter (100) selon l’une quelconques des revendications 1 à 8.