FR2672943A1 - Turbomachine compressor equipped with a device for drawing off air - Google Patents
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Abstract
Description
COMPRESSEUR DE TURBOMACHINE EQUIPE D'UN DISPOSITIF
DE PRELEVEMENT D'AIR
DESCRIPTION
L'invention concerne un compresseur de turbomachine équipé d'un dispositif de prélèvement d'air.TURBOMACHINE COMPRESSOR PROVIDED WITH A DEVICE
AIR TAKE-OFF
DESCRIPTION
The invention relates to a turbomachine compressor equipped with an air sampling device.
Il est souvent nécessaire de prélever de l'air des compresseurs de turbomachines d'avions afin de refroidir d'autres parties de ces machines, telles que les turbines, qui sont portées à des températures plus élevées. It is often necessary to take air from compressors of aircraft turbomachines in order to cool other parts of these machines, such as turbines, which are brought to higher temperatures.
Les dispositifs construits pour assurer cette fonction permettent de soutirer une partie de la veine d'air qui circule dans un compresseur en la soumettant à un écoulement centripète provoqué par un moyen d'accélération qui crée une pression dynamique. On aboutit à la disposition représentée à la figure 1, où les références 1 et 2 désignent un compresseur et une turbine qui est située en aval de celui-là. L'air pénètre longitudinalement dans le compresseur 1 par les flèches F.La plus grande partie continue de circuler longitudinalement et aboutit directement à la turbine 2, mais une partie est soumise à un écoulement de prélèvement en une zone de prélèvement 3 et circule désormais suivant la flèche
F' : l'écoulement est tout d'abord centripète, puis à nouveau longitudinal dans une conduite percée suivant l'axe de la turbomachine, et enfin centrifuge pour rejoindre l'écoulement principal dans la turbine 2.The devices constructed to perform this function make it possible to extract part of the air stream which circulates in a compressor by subjecting it to a centripetal flow caused by an acceleration means which creates dynamic pressure. This leads to the arrangement shown in Figure 1, where the references 1 and 2 designate a compressor and a turbine which is located downstream of this one. The air penetrates longitudinally into the compressor 1 by the arrows F. The largest part continues to circulate longitudinally and ends directly at the turbine 2, but a part is subjected to a sampling flow in a sampling zone 3 and now circulates according to the arrow
F ′: the flow is firstly centripetal, then again longitudinal in a pipe pierced along the axis of the turbomachine, and finally centrifugal to join the main flow in the turbine 2.
Un exemple déjà fabriqué de dispositif de prélèvement d'air 3 est représenté sur la figure 2. An already manufactured example of an air sampling device 3 is shown in FIG. 2.
Il comprend un disque arrière 4 et un disque avant 5 sensiblement plans et parallèles, reliés par une virole 6 circonférentielle qui est en fait d'une pièce avec le disque arrière 4. La virole 6 présente un
perçage de prélèvement d'air 7 dirigé radialement et une couronne de bridage 8 qui s'étend dans un plan transversal et porte des perçages de boulonnage 9.It comprises a rear disc 4 and a front disc 5 substantially planar and parallel, connected by a circumferential ferrule 6 which is in fact in one piece with the rear disc 4. The ferrule 6 has a
air sampling hole 7 directed radially and a clamping ring 8 which extends in a transverse plane and carries bolt holes 9.
D'autres perçages de boulonnage 10 sont situés suivant la même disposition à travers le disque avant 5, et des boulons non représentés sont enfilés dans les perçages de boulonnages 9 et 10 pour réaliser l'assem- blage des disques 4 et 5. La virole 6 et le disque avant 5 possèdent par ailleurs des surfaces circulaires Il qui permettent de les centrer mutuellement.Other bolt holes 10 are located in the same arrangement through the front disc 5, and bolts not shown are threaded in the bolt holes 9 and 10 to assemble the discs 4 and 5. The ferrule 6 and the front disc 5 also have circular surfaces II which allow them to center mutually.
L'assemblage des disques 4, 5 et des viroles 6 forme en fait le rotor 12 du compresseur 1, autour duquel s'étend le stator 13. Le rotor et le stator 12 et 13 délimitent une veine annulaire 14 dans laquelle l'air comprimé s'écoule, et ils portent des ailettes de compression et de redressement 15. The assembly of the discs 4, 5 and the ferrules 6 in fact forms the rotor 12 of the compressor 1, around which the stator 13 extends. The rotor and the stator 12 and 13 delimit an annular vein 14 in which the compressed air flows, and they wear compression and straightening fins 15.
Une partie de l'air passe dans les perçages de prélèvement d'air 7 et subit l'effet d'une pièce d'accélération de l'air 16. Cette pièce 16 comporte deux jambages 17 et 19 reliés par des aubes 18. Les jambages 17 et 19 consistent en des flasques ou des couronnes planes sensiblement parallèles aux disques 4 et 5, et les aubes 18 sont, comme leur nom l'indique, des parois d'orientation radiale perpendiculaires aux jambages 17 et 19. Part of the air passes through the air sampling holes 7 and is subjected to the effect of an air acceleration part 16. This part 16 has two legs 17 and 19 connected by blades 18. The legs 17 and 19 consist of flanges or flat rings substantially parallel to the discs 4 and 5, and the blades 18 are, as their name suggests, walls of radial orientation perpendicular to the legs 17 and 19.
Le jambage avant 19 est relié à une collerette 20 qui est comprimée entre le disque avant 5 et la couronne de bridage 8 par les boulons. Si on excepte ce moyen de fixation, la pièce d'accélération de l'air prélevé 16 est entièrement dégagée des autres pièces à l'intérieur de l'espace annulaire 21 limité par les disques 4 et 5 et la virole 6. The front leg 19 is connected to a flange 20 which is compressed between the front disc 5 and the clamping ring 8 by the bolts. With the exception of this fixing means, the part for accelerating the sampled air 16 is entirely disengaged from the other parts inside the annular space 21 limited by the discs 4 and 5 and the ferrule 6.
Cette conception présente deux inconvénients principaux. Tout d'abord, une bonne partie de l'air prélevé contourne la pièce d'accélération 16 et ne subit donc pas d'accélération. On souhaite d'autre part pouvoir construire la pièce d'accélération 16 en matériau composite afin notamment d'alléger le rotor 12, mais la collerette de bridage 20 comprimée par un boulon entre deux pièces métalliques subirait des contraintes inadmissibles à la température plus élevée de fonctionnement, car le coefficient de dilatation des matériaux métalliques est environ trois à quatre fois supérieur à celui des composites. This design has two main drawbacks. First of all, a good part of the air taken bypasses the acceleration part 16 and therefore does not undergo acceleration. On the other hand, it is desired to be able to build the acceleration part 16 in composite material in order in particular to lighten the rotor 12, but the clamping collar 20 compressed by a bolt between two metal parts would be subjected to stresses which are unacceptable at the higher temperature operation, because the coefficient of expansion of metallic materials is approximately three to four times higher than that of composites.
C'est pour éviter ces inconvénients que la présente invention a été élaborée. Elle consiste en ce que, dans un compresseur de turbomachine équipé d'un dispositif de prélèvement d'air par écoulement centripète comprenant deux disques assemblés par une virole circonférentielle extérieure munie de perçages, de manière à délimiter un intervalle annulaire occupé par un moyen d'accélération de l'air prélevé formé de deux parois sensiblement parallèles aux disques et d'aubes reliant les parois, le moyen d'accélération de l'air prélevé est divisé en plusieurs pièces comprenant une ou plusieurs aubes et une portion des parois, les portions des parois occupant chacune un secteur angulaire de l'intervalle annulaire, les disques comportant des saillies entre lesquelles les portions des parois sont au moins partiellement Logées. It is to avoid these drawbacks that the present invention has been developed. It consists in that, in a turbomachine compressor equipped with a device for extracting air by centripetal flow comprising two discs assembled by an outer circumferential shell provided with holes, so as to delimit an annular interval occupied by a means of acceleration of the sampled air formed of two walls substantially parallel to the discs and of vanes connecting the walls, the means of acceleration of the sampled air is divided into several parts comprising one or more blades and a portion of the walls, the portions walls each occupying an angular sector of the annular interval, the discs comprising projections between which the portions of the walls are at least partially housed.
Les pièces du moyen d'accélération sont donc soutenues de manière relativement souple par les disques, sans qu'il faille recourir à un moyen de fixation rigide tel qu'un boulonnage. The parts of the acceleration means are therefore supported in a relatively flexible manner by the discs, without the need to resort to a rigid fixing means such as bolting.
Les disques et la virole sont avantageusement assemblés par des boulons dirigés longitudinalement. The discs and the ferrule are advantageously assembled by bolts directed longitudinally.
Des pièces d'absorption de jeux peuvent être insérées dans les creux entre les parois et les disques.Play absorption pieces can be inserted in the recesses between the walls and the discs.
On va maintenant décrire L'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif :
- la figure 1 dejà décrite représente la constitution générale d'une turbomachine ;
- la figure 2 déjà décrite représente une conception de l'art antérieur ;
- la figure 3 représente un mode de réalisation de l'invention ; et
- les figures 4 et 5 représentent deux variantes de réalisation concrètes conformément à la figure 3, les pièces du moyen d'accélération de l'air prélevé étant données en perspective.The invention will now be described in more detail with the aid of the following figures which are given by way of illustration and not limitation:
- Figure 1 already described shows the general constitution of a turbomachine;
- Figure 2 already described shows a design of the prior art;
- Figure 3 shows an embodiment of the invention; and
- Figures 4 and 5 show two concrete embodiments in accordance with Figure 3, the parts of the means of acceleration of the sampled air being given in perspective.
On se reporte aux figures 3, 4 et 5. De nombreux éléments sont les mêmes que dans l'art antérieur décrit auparavant et portent les mêmes références. Ils ne seront pas mentionnés davantage ici. On retrouve en particulier la virole 6, les perçages de prélèvement d'air 7 et la couronne de bridage 8 ainsi que deux disques, mais qui sont ici référencés 104 et 105 car ils diffèrent des disques 4 et 5 par quelques détails sur lesquels on reviendra. Les boulons sont cette fois représentés et portent la référence 22. Toutefois, ils compriment ici directement la couronne de bridage 8 sur Le disque avant 5. Referring to Figures 3, 4 and 5. Many elements are the same as in the prior art described above and bear the same references. They will not be mentioned further here. We find in particular the ferrule 6, the air sampling holes 7 and the clamping ring 8 as well as two discs, but which are here referenced 104 and 105 because they differ from the discs 4 and 5 by a few details to which we will return. . The bolts are this time represented and bear the reference 22. However, here they directly compress the clamping ring 8 on the front disc 5.
Le moyen d'accélération de l'air prélevé est ici divisé en plusieurs pièces 23 comprenant chacune deux jambages 24 et 25 et une aube 26 qui les relie. Outre que les jambages 24 et 25 ne s'étendent plus sur une circonférence complète comme les jambages 17 et 19, ils présentent une forme irrégulière : leur extension angulaire s'amincit en direction radiale, de l'extérieur vers l'intérieur : ils portent un bord externe 27 ou 28 en arc de cercle et assez étendu, mais le jambage avant 25 ne s'étend que jusqu'aux deux tiers environ de l'aube 26, à un emplacement 29 où sa largeur devient égale à l'épaisseur de l'aube 26. Le jambage arrière 24 s'étend sur toute la hauteur de l'aube 26 mais s'achève par une partie interne 30 de faible largeur qui est terminée par un bord interne 31. The means of acceleration of the sampled air is here divided into several parts 23 each comprising two legs 24 and 25 and a blade 26 which connects them. Besides that the legs 24 and 25 no longer extend over a complete circumference like the legs 17 and 19, they have an irregular shape: their angular extension tapers in the radial direction, from the outside to the inside: they carry an outer edge 27 or 28 in a circular arc and fairly wide, but the front leg 25 only extends up to about two-thirds of the blade 26, at a location 29 where its width becomes equal to the thickness of the blade 26. The rear leg 24 extends over the entire height of the blade 26 but ends with an internal part 30 of small width which is terminated by an internal edge 31.
Les jambages 24 et 25 sont gauches car ils s'appuient pratiquement sur les faces des disques 104 et 105 qui donnent sur l'intervalle annulaire 21. Or, les disques 104 et 105 s'épaississent en direction de l'axe de la turbomachine. Les aubes 26 s'élargissent donc vers les orifices de prélèvement d'air 7 et ne sont plus rectangulaires comme dans la réalisation antérieure. The legs 24 and 25 are left because they rest practically on the faces of the discs 104 and 105 which give on the annular gap 21. However, the discs 104 and 105 thicken in the direction of the axis of the turbomachine. The blades 26 therefore widen towards the air sampling orifices 7 and are no longer rectangular as in the previous embodiment.
Le disque arrière 104 comporte un redan externe 35 et un redan interne 36 devant lesquels les bords externe 27 et interne 31 des jambages arrière 24 viennent en face. The rear disc 104 has an external step 35 and an internal step 36 in front of which the outer 27 and inner 31 edges of the rear legs 24 come opposite.
Le disque avant 105 comporte des tenons 37 non loin de la couronne de bridage 8 et des boulons 22, qui s'élargissent vers l'intérieur pour former des ajustements en queue d'aronde délimitant des logements dans lesquels les parties des jambages 25 avant qui sont adjacentes au bord externe 28 sont emprisonnées. The front disc 105 comprises tenons 37 not far from the clamping ring 8 and bolts 22, which widen inwards to form dovetail adjustments delimiting housings in which the parts of the front legs 25 which are adjacent to the outer edge 28 are trapped.
On a représenté sur la figure 4 des feuilles de clinquant 38 qui recouvrent les jambabes 24 et 25 près de leurs bords externes 27 et 28 de manière à combler les jeux dans les ajustements en queue d'aronde et contre le redan externe 35. L'usure due aux frottements par vibration est ainsi empêchée. FIG. 4 shows foil sheets 38 which cover the jambs 24 and 25 near their external edges 27 and 28 so as to fill the gaps in the dovetail adjustments and against the external step 35. The wear due to vibration friction is thus prevented.
La figure 5 est semblable à la figure 4 si ce n'est que les feuilles de clinquant 38 sont remplacées par des pièces métalliques de renfort qui jouent le même rôle et comportent une partie externe 40 qui vient coiffer les bords externes 27 et 28 et une partie d'appui 41 qui est appliquée contre les faces internes des jambages 24 et 25. FIG. 5 is similar to FIG. 4 except that the foil sheets 38 are replaced by metallic reinforcing pieces which play the same role and include an external part 40 which covers the external edges 27 and 28 and a support part 41 which is applied against the internal faces of the legs 24 and 25.
Ces dispositions permettent un montage relativement souple des pièces 23 d'accélération dans l'espace annulaire 21, qui évite des concentrations de contraintes excessives dues aux dilatations différentielles et permet de construire les pièces 23 en matériau composite. Par ailleurs, les boulons 22 n'ont plus aucun rôle dans la fixation de ces pièces. These arrangements allow relatively flexible mounting of the acceleration parts 23 in the annular space 21, which avoids excessive stress concentrations due to differential expansions and makes it possible to construct the parts 23 in composite material. Furthermore, the bolts 22 no longer have any role in the fixing of these parts.
Le montage de l'ensemble consiste tout d'abord, après avoir disposé le moyen pour absorber les jeux, à insérer les jambages avant 25 entre les queues d'aronde du disque avant 105. Le disque arrière 104 est ensuite approché des jambages arrière 24, puis les boulons 22 sont serrés jusqu'à bloquer la couronne de bridage 8 contre le disque avant 105. The assembly of the assembly consists first of all, after having arranged the means to absorb the clearances, to insert the front legs 25 between the dovetails of the front disc 105. The rear disc 104 is then approached the rear legs 24 , then the bolts 22 are tightened until the clamping ring 8 is locked against the front disc 105.
L'invention peut être mise en oeuvre d'autres manières, en modifiant notamment la forme des redans, des saillies ou des logements qu'elles délimitent. The invention can be implemented in other ways, in particular by modifying the shape of the steps, projections or housings which they delimit.
Un matériau dans lequel on peut construire les pièces 23 est une matrice en verre renforcée de fibres de verre. A material in which the parts 23 can be constructed is a glass matrix reinforced with glass fibers.
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