Brevet FR3156861A1 — publié le 20250620

Traiteme n t de carte non axisymétrique à ouverture piloté avec plenum Un carter (300) de compresseur de turbomachine comprend une paroi annulaire interne (310) et une paroi annulaire externe (320) délimitant entre elles une cavité annulaire (330), la paroi annulaire interne du carter étant munie de premières fentes (315). Le carter comprend un anneau mobile (200) comprenant la paroi annulaire externe (320) et une pluralité de barreaux d’obturation (230) présents en regard de la face externe (312) de la paroi annulaire interne (310), les barreaux délimitant entre eux des deuxièmes fentes (240). L’anneau mobile (200) coulisse entre une position d’ouverture dans laquelle les deuxièmes fentes (240) coïncident avec les premières fentes (315) et une position de fermeture dans laquelle les barreaux d’obturation (230) ferment les premières fentes (315). Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Traitement de carter non axisymétrique à ouverture piloté avec plenum 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 mise en œuvre d’un TCNA formé par des fentes éventuellement associées àune cavité annulaire (plenum) n’a pas nécessairement d’intérêt à tous les régimes de fonctionnement. En effet, les mécanismes responsables du départ en pompage n’apparaissent que lorsque le compresseur est fortement chargé, ce qui correspond principalement aux phases transitoires (accélération et décélération). Pendant les autres phases de fonctionnement correspondant à une grande partie du temps d’exploitation du compresseur, la présence d’un TCNA entraîne une perte de rendement. Il est, par conséquent, souhaitable de pouvoir disposer d’un carter de compresseur dans lequel un TCNA peut être mis en œuvre sélectivement, à savoir un carter dans lequel il est possible de fermer tous les éléments constitutifs du TCNA. 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 étant munie de premières fentes creusées dans l’épaisseur de la paroi annulaire interne, les premières 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 un anneau fixe comprenant la paroi annulaire interne du carter munie des premières fentes, un flasque amont et un flasque aval s’étendant suivant une direction radiale à partir de la paroi annulaire interne, les flasques amont et aval étant disposés de part et d’autre des premières fentes suivant la direction axiale et un anneau mobile présent entre les flasques amont et aval, l’anneau mobile comprenant la paroi annulaire externe et une pluralité de barreaux d’obturation présents en regard de la face externe de la paroi annulaire interne, les barreaux d’obturation étant disposées les uns à côté des autres suivant la direction circonférentielle et délimitant entre eux des deuxièmes fentes, les barreaux d’obturation ayant une largeur équivalente à la largeur des premières fentes, lesdits barreaux d’obturation s’étendant suivant la direction radiale depuis la face externe de la paroi annulaire interne sur une hauteur inférieure à la hauteur de la cavité annulaire, et en ce que l’anneau mobile coulisse suivant la direction circonférentielle entre une position d’ouverture dans laquelle les deuxièmes fentes coïncident avec les premières fentes et une position de fermeture dans laquelle les barreaux d’obturation ferment les premières fentes, le carter comprenant en outre un dispositif d’actionnement pour déplacer l’anneau mobile entre les postions 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 mobile est placé dans la position d’ouverture, ce qui permet de mettre en œuvre le traitement de carter non-axisymétrique avec plenum et de bénéficier ainsi d’un surplus de marge au pompage. Pour les autres régimes ou plages de fonctionnement, l’anneau coulissant est placé dans la position de fermeture afin d’interrompre la mise en œuvre du traitement de carter non-axisymétrique avec plenum, ce qui permet de favoriser le rendement du compresseur. L’utilisation d’un anneau mobile 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 mobile comprend une virole et un couvercle annulaire, les barreaux d’obturation étant fixés entre la virole et le couvercle annulaire. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, une extrémité des barreaux d’obturation comporte un élément anti-rotation coopérant avec un logement correspondant présent dans la virole, l’extrémité opposée des barreaux d’obturation étant fixée au couvercle annulaire par des vis. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le dispositif d’actionnement comprend un moteur rotatif équipé d’une came coopérant avec l’anneau mobile, la came étant configurée pour faire coulisser l’anneau mobile entre les postions d’ouverture et de fermeture. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le carter comprend en outre un ressort de traction reliant l’anneau mobile à l’anneau fixe, le ressort de traction étant configuré pour maintenir l’anneau mobile dans la position d’ouverture. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, l’anneau fixe et l’anneau mobile sont réalisés en un même matériau. 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. FIG. 1 La FIG. 1 est une vue schématique en perspective d’un carter de compresseur de turbomachine selon un mode de réalisation de l’invention, FIG. 2 La FIG. 2 est une vue schématique suivant un plan de coupe méridienne du carter de la FIG. 1 , FIG. 3 La FIG. 3 est une vue schématique suivant un plan de coupe méridienne du carter de la FIG. 1 , FIG. 4 La FIG. 4 est une vue de détail d’une partie de l’anneau mobile du carter de la FIG. 1 , FIG. 5 La FIG. 5 est une autre vue de détail d’une partie de l’anneau mobile du carter de la FIG. 1 , FIG. 6 La FIG. 6 est une vue de détail d’une partie du carter de la FIG. 1 montrant un dispositif d’actionnement de l’anneau mobile, FIG. 7 La FIG. 7 est vue schématique partielle suivant un plan de coupe axiale du carter de la FIG. 1 montrant l’anneau mobile dans une position de fermeture, FIG. 8 La FIG. 8 est vue schématique partielle suivant un plan de coupe axiale du carter de la FIG. 1 montrant l’anneau mobile dans une position d’ouverture. Les figures 1 à 3 représentent de manière schématique un carter 300 de compresseur de turbomachine selon un mode de réalisation de l’invention, le carter 300 entourant un rotor équipé une pluralité d’aubes mobiles (non représentés sur les figures 1 à 3). Le carter 300 comprend une paroi annulaire interne 310 et une paroi annulaire externe 320 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 310 et la paroi annulaire externe 320 délimitent entre elles une cavité annulaire 330 formant un plenum (figures 2 et 3). La paroi annulaire interne 310 comprend une pluralité de fentes creusées 315 (ou découpées) dans l’épaisseur de la paroi, chaque fente 315 débouche à la fois sur la face interne 311 et sur la face externe 312 de la paroi annulaire interne 310 de manière à mettre en communication une veine d’écoulement E avec la cavité annulaire 330, la flèche E indiquant le sens de l’écoulement dans le carter et, par conséquent, les côtés amont et aval de celui-ci. Les fentes 315 sont disposées uniformément les unes à côté des autres dans la paroi annulaire interne 310 suivant la direction circonférentielle D C . Chaque fente 315 s’étend sur une longueur déterminée L 315 suivant la direction axiale D A et sur une largeur l 315 suivant la direction circonférentielle D C . Les fentes 315, les fentes 240 décrites ci-après et la cavité annulaire 330 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 300 comprend un anneau fixe ou maître 100 et un anneau mobile 200 apte à coulisser autour de l’anneau fixe comme expliqué en détails ci-après. L’anneau fixe 100 est monobloc et comprend la paroi annulaire interne 310 du carter 300 munie des fentes 315, un flasque amont 110 et un flasque aval 120 s’étendant suivant une direction radiale D R à partir de la paroi annulaire interne 310, les flasques amont et aval étant disposés de part et d’autre des fentes 315 suivant la direction axiale D A . L’anneau mobile 200 est disposé entre le flasque amont 110 et le flasque aval 120 de l’anneau fixe 100. L’anneau mobile 200 comprend une virole 210 et un couvercle 220 définissant ensemble la paroi annulaire externe 320 du carter 300. L’anneau mobile comprend en outre des barreaux d’obturation 230 montés entre une paroi latérale 211 de la virole 210 et une paroi latérale 221 du couvercle 220. Plus précisément, les barreaux d’obturation 230 sont d’abord chacun positionnés sur la paroi latérale 211 de la virole 210 au moyen d’un élément anti-rotation 231 présent à une première extrémité 230a des barreaux 230 qui coopère avec un logement 2110 de forme correspondante présent dans la paroi latérale 211 de la virole 210. A titre d’exemple non limitatif, l’élément anti-rotation 231 peut correspond à une saillie ou un tenon de forme carrée ou rectangulaire et le logement 2110 à une cavité ou mortaise de forme carrée ou rectangulaire complémentaire. Une fois tous les barreaux d’obturation 230 ainsi positionnés dans la paroi latérale 211 de la virole 210, le couvercle 220 est centré sur la virole 210 et maintenu dans sa position de centrage par des vis 222 ( FIG. 5 ). Les barreaux d’obturation 230 sont solidarisés au couvercle 220 par des vis à tête fraisée 223 vissées dans une deuxième extrémité 230b des barreaux (figures 2 à 5). Lorsque l’anneau mobile 200 est monté sur l’anneau fixe 100, les barreaux d’obturation 230 sont en regard de la face externe 312 de la paroi annulaire interne 310. Les barreaux d’obturation sont disposés les uns à côté des autres suivant la direction circonférentielle D C et délimitent entre eux des fentes 240 (figures 4, 7 et 8). Le traitement de carter est principalement mis en œuvre par les fentes 240 dont les dimensions permettent de guider localement de manière efficace l’écoulement afin de prévenir l’apparition des mécanismes responsables du départ en pompage du compresseur. L’influence des fentes 315 sur le traitement de carter est bien moins importante en raison de leur faible volume par rapport à celui des fentes 240. La cavité 330 permet d’augmenter le gain de marge en pompage du traitement de carter. Les barreaux d’obturation 230 présentent suivant la direction circonférentielle D C une largeur l 230 équivalente à la largeur l 315 des fentes 315 présentes dans la paroi annulaire interne 310 suivant la direction circonférentielle ( FIG. 7 ). Les fentes 240 présentent suivant la direction circonférentielle D C une largeur l 240 équivalente à la largeur l 316 des portions pleines 316 de la paroi interne 310 présentes entre les fentes 315 ( FIG. 7 ). Les barreaux d’obturation 230 présentent suivant la direction radiale D R une hauteur H 230 inférieure à la hauteur de la cavité annulaire 330 délimitée entre la paroi annulaire interne 310 et la paroi annulaire externe 320. Comme dans l’exemple décrit ici, l’anneau mobile 200 peut être formé de deux portions annulaires 200a et 200b ( FIG. 1 ). Dans ce cas, les deux portions annulaires 200a et 200b sont assemblées entre elles par des vis 201 qui assurent le positionnement et le maintien de celui-ci, mais elles peuvent, à la place, être assemblées par tout autre moyen d’assemblage, par exemple un système composé d’un pion de centrage et d’un assemblage de vis et écrou pour le maintien en position. Le fait d’avoir un anneau mobile formé d’au moins deux portions annulaires permet de faciliter le montage de l’anneau mobile sur l’anneau fixe. Afin de faire coulisser l’anneau mobile 200 autour de l’anneau fixe 100, le carter 300 comprend un moteur électrique rotatif 350 munie d’une came 351 ( FIG. 6 ). En pivotant, la came 351 permet de déplacer l’anneau mobile 200 le long de la circonférence de la paroi annulaire interne 310 du carter 300. La came 351 peut s’appuyer sur une portion 325 en saillie depuis la face externe de la paroi annulaire externe 320 du carter afin de faire coulisser l’anneau mobile 200. Le moteur électrique 350 et la came 325 permettent de déplacer l’anneau mobile 200 d’au moins une amplitude égale à la largeur d’une fente 315. Le carter 300 peut également comprendre un ressort de traction 360 relié à l’anneau mobile 200 par une colonnette 370 fixée sur ledit anneau mobile et à l’anneau fixe 100 par une colonnette 371 fixée entre le flasque amont 110 et le flasque aval 120 dudit anneau fixe ( FIG. 6 ). Le ressort de traction 360 est configuré pour faire revenir automatique l’anneau mobile 200 dans une position de traitement actif de carter, c’est-à-dire dans la position de l’anneau mobile 200 dans laquelle les barreaux d’obturation ne ferment pas les fentes 315 du carter. Cette position est définie comme la position de sécurité par défaut du carter. L’anneau mobile 200 coulisse suivant la direction circonférentielle entre une position de fermeture et une position d’ouverture du traitement de carter. Plus précisément, la FIG. 7 illustre l’anneau mobile dans la position de fermeture dans laquelle les barreaux d’obturation 230 ferment les fentes 315 de la paroi annulaire interne 310. Ainsi, dans la position de fermeture, le flux d’air F circulant à l’intérieur du carter ne s’coule pas dans les fentes 244 et n’entre pas dans la cavité annulaire 330. Il n’y a donc aucun TCNA mis en œuvre dans la position de fermeture, les fentes 315 ayant un effet aérodynamique négligeable. La FIG. 8 illustre l’anneau mobile dans la position d’ouverture dans laquelle les fentes 240 présentes entre les barreaux d’obturation 230 coïncident avec les fentes 315. Ainsi, dans la position d’ouverture, le flux d’air F circulant à l’intérieur du carter peut entrer dans la cavité annulaire 330, ce qui permet d’activer le TCNA avec cavité annulaire ou « plenum ». Quel que soit le mode de réalisation, le nombre de fentes du carter peut être compris entre 50 et 200, par exemple 180. Quel que soit le mode de réalisation, l’anneau fixe et l’anneau mobile 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, l’anneau fixe et l’anneau mobile 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. Carter (300) de compresseur de turbomachine comprenant une paroi annulaire interne (310) et une paroi annulaire externe (320) délimitant entre elles une cavité annulaire (330), la paroi annulaire interne du carter étant munie de premières fentes (315) creusées dans l’épaisseur de la paroi annulaire interne, les premières fentes (315) 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 un anneau fixe (100) comprenant la paroi annulaire interne (310) du carter munie des premières fentes (315), un flasque amont (110) et un flasque aval (120) s’étendant suivant une direction radiale (D R ) à partir de la paroi annulaire interne (310), les flasques amont et aval étant disposés de part et d’autre des premières fentes (315) suivant la direction axiale (D A ) et un anneau mobile (200) présent entre les flasques amont et aval (110, 120), l’anneau mobile comprenant la paroi annulaire externe (320) et une pluralité de barreaux d’obturation (230) présents en regard de la face externe (312) de la paroi annulaire interne (310), les barreaux d’obturation étant disposés les uns à côté des autres suivant la direction circonférentielle (D C ) et délimitant entre eux des deuxièmes fentes (240), les barreaux d’obturation (230) ayant une largeur (l 230 ) équivalente à la largeur (l 315 ) des première fentes (315), lesdits barreaux d’obturation s’étendant suivant la direction radiale (D R ) depuis la face externe (312) de la paroi annulaire interne (310) sur une hauteur (H 230 ) inférieure à la hauteur de la cavité annulaire (330), et en ce que l’anneau mobile (200) coulisse suivant la direction circonférentielle (D C ) entre une position d’ouverture dans laquelle les deuxièmes fentes (240) coïncident avec les premières fentes (315) et une position de fermeture dans laquelle les barreaux d’obturation (230) ferment les premières fentes (315), le carter comprenant en outre un dispositif d’actionnement pour déplacer l’anneau mobile entre les postions d’ouverture et de fermeture. Carter selon la revendication 1, dans lequel l’anneau mobile (200) comprend une virole (210) et un couvercle annulaire (220), les barreaux d’obturation (230) étant fixés entre la virole et le couvercle annulaire. Carter selon la revendication 2, dans lequel une extrémité (230a) des barreaux d’obturation (230) comporte un élément anti-rotation (231) coopérant avec un logement (2110) correspondant présent dans la virole (210), l’extrémité opposée (230b) des barreaux d’obturation étant fixée au couvercle annulaire (220) par des vis (223). Carter selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif d’actionnement comprend un moteur rotatif (350) équipé d’une came (351) coopérant avec l’anneau mobile (200), la came étant configurée pour faire coulisser l’anneau mobile entre les postions d’ouverture et de fermeture. Carter selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un ressort de traction (360) reliant l’anneau mobile (200) à l’anneau fixe (100), le ressort de traction étant configuré pour maintenir l’anneau mobile dans la position d’ouverture. Carter selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’anneau fixe (100) et l’anneau mobile (200) sont réalisés en un même matériau. Compresseur de turbomachine comprenant un carter (300) selon l’une quelconques des revendications 1 à 6.