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FR2978798A1 - Secteur angulaire de redresseur de turbomachine a amortissement des modes de vibrations - Google Patents

Secteur angulaire de redresseur de turbomachine a amortissement des modes de vibrations Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un secteur angulaire de redresseur (18) de turbomachine, comportant une virole interne, une virole externe (22), et une pale (24) s'étendant entre les viroles et raccordées à celles-ci par ses extrémités radiales. La virole externe comprend une partie amincie (222) en porte-à-faux sur laquelle se raccorde le bord de fuite (24d) de la pale, et une partie d'attache (224) distincte de la partie amincie sur laquelle se raccorde le bord d'attaque (24c) de la pale et comportant, au niveau d'une face externe, des moyens (226) de montage du secteur de redresseur sur un carter de redresseur, et un crochet (228) faisant saillie latéralement vers l'extrados (24b) de la pale et destiné à venir en appui radial contre la partie d'attache de la virole externe d'un secteur de redresseur adjacent, et, au niveau d'une face interne, une empreinte (230) destinée à recevoir en appui radial la partie amincie de la virole externe du secteur de redresseur adjacent.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des redresseurs pour compresseur ou turbine d'une turbomachine 5 aéronautique telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Elle vise plus précisément l'amortissement des modes de vibrations auxquelles sont soumises en fonctionnement les pales d'un redresseur. Dans le cas d'un compresseur de turbomachine, celui-ci se 10 compose de plusieurs étages de compression formés chacun d'une rangée annulaire d'aubes montées sur un arbre de rotor et d'un redresseur formé d'une pluralité de pales montées radialement sur un carter annulaire externe de la turbomachine. Un redresseur de compresseur est généralement sectorisé, 15 c'est-à-dire qu'il est constitué de plusieurs secteurs angulaires mis bout à bout autour de l'axe longitudinal du compresseur. Typiquement, chaque secteur de redresseur comporte une virole interne et une virole externe disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, et une ou plusieurs pales s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à celles-ci par 20 leurs extrémités radiales. A chacune de leurs extrémités axiales, les viroles externes des secteurs de redresseur comportent des pattes en saillie pour le montage du secteur sur le carter externe de la turbomachine. En fonctionnement, un secteur angulaire de redresseur est soumis à de nombreuses sollicitations mécaniques, aussi bien statiques 25 que vibratoires. Ces sollicitations mécaniques sont essentiellement supportées par les zones du bord d'attaque et du bord de fuite des pales qui sont raccordées à la virole externe du secteur de redresseur. Comme ces zones de raccordement sont particulièrement minces, un risque existe que les contraintes mécaniques dues à ces sollicitations entraînent une 30 détérioration voire une destruction des bords d'attaque et de fuite des poiss. Pour éviter cet inconvénie diverses solutions ont 55, ni i idurra citd, à tit-rd ument Fr q 15,6 15 u ]u m: 1-d auti 35 en appui radial contre cette virole externe pour diminuer les contraintes mécaniques auxquelles est soumise en fonctionnement la pale. Bien qu'efficace, cette solution présente le désavantage de devoir recourir à des pièces supplémentaires, en l'espèce ici le chapeau de serrage.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une solution d'amortissement des modes vibratoires auxquelles est soumise la pale en fonctionnement sans nécessiter l'ajout de pièces supplémentaires. Ce but est atteint grâce à un secteur angulaire de redresseur dans lequel, conformément à l'invention, la virole externe comprend : une partie amincie en porte-à-faux sur laquelle se raccorde le bord de fuite de la pale ; et une partie d'attache distincte de la partie amincie sur laquelle se raccorde le bord d'attaque de la pale et comportant : au niveau d'une face externe, des moyens de montage du secteur de redresseur sur un carter de redresseur, et un crochet faisant saillie latéralement vers l'extrados de la pale et destiné à venir en appui radial contre la partie d'attache de la virole externe d'un secteur de redresseur adjacent ; et au niveau d'une face interne, une empreinte destinée à recevoir en appui radial la partie amincie de la virole externe du secteur 25 de redresseur adjacent. La partie de la pale où se localise en fonctionnement l'activité vibratoire, à savoir ici le bord de fuite de la pale, est ainsi mise en porte-à-faux par la présence de la partie amincie de la virole externe. Par ailleurs, la falble épaisseur de cette partie amincie permet de favoriser le 30 déplacement de sa face externe en appui radia( contre l'empreinte de la virole externe du secteur de redresseur adjacent. Il résulte d'un tel appui un arnertissement des modes vibratoires auxquelles est soumise ia pale en forai n mi ni 35 arrière du compresseur. En effet, dans une telle situation, le moment provoqué par les efforts aérodynamiques inversés est notamment repris par un appui radial du crochet contre la partie d'attache de la virole externe du secteur de redresseur adjacent.
De préférence, le secteur de redresseur comporte en outre des moyens pour exercer en fonctionnement un appui radial de l'empreinte de la partie d'attache de la virole externe sur la partie amincie de la virole externe du secteur de redresseur adjacent. Ainsi, la partie d'attache de la virole externe peut comporter, au niveau de sa face externe, une encoche ouverte vers l'extérieur et destinée à recevoir un jonc annulaire monté autour du redresseur de façon à exercer en fonctionnement un appui radial de l'empreinte de la partie d'attache sur la partie amincie du secteur de redresseur adjacent. La présence de ce jonc permet de créer, voire d'augmenter la pression d'appui de la partie amincie de la virole externe contre l'empreinte de la virole externe du secteur de redresseur adjacent, et ainsi d'augmenter l'amortissement des modes vibratoires auxquelles est soumise la pale en fonctionnement. Dans ce cas, la partie d'attache de la virole externe peut 20 comporter en outre, au niveau de sa face externe, un anneau destiné à recevoir le jonc pour le maintenir en place. La partie amincie de la virole externe peut présenter une forme sensiblement triangulaire et l'empreinte de la partie d'attache de la virole externe peut présenter une forme sensiblement complémentaire à la 25 forme de la partie amincie de la virole externe du secteur de redresseur adjacent. La partie d'attache de la virole externe peut comprendre deux faces latérales reliant sa face interne à sa face externe, ces faces latérales étant sensiblement planes et parallèles à un plan radial passant par l'axe 30 longitudinal du redresseur. La partie d'attache de la virole externe peut comprendre, au sa face externe, den pattes faisant saillie depuis ses e, tré mités s ii cs chacune ytenir enauaer d ne rai rod : carter L'invention concerne également un redresseur et une turbine de turbomachine comportant une pluralité de secteurs tels que définis précédemment.
Brève description des dessins 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. Sur les figures : - la figure 1 est une vue partielle et en coupe longitudinale d'un compresseur de turbomachine comprenant des secteurs angulaires de redresseur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2 et 3 sont des vues en perspective montrant la virole externe d'un secteur de redresseur de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue de dessus montrant un assemblage des viroles externes de plusieurs secteurs de redresseur adjacents ; - les figures 5 et 6 sont des vues montrant l'équilibre des forces s'appliquant sur les viroles externes de deux secteurs de redresseur adjacents, respectivement en cas de fonctionnement normal (et de pompage avant) et en cas de pompage arrière ; et - les figures 7 et 8 illustrent une variante de réalisation de secteurs de redresseur selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 représente de façon très schématique et partielle un étage de compresseur d'une turbomachine aéronautique. Cet étage se compose d'un arbre de rotor 10 centré sur l'axe longitudinal 12 du compresseur et portant une rangée annulaire formée d'une pluralité d'aubes 14, et d'un redresseur 16 disposé en aval de la rangée d'aubes.
Dans les exemptes décrits ci-après, le redresseur 16 est sectonsé, c'est-à-dire qu'il se compose d'une piuratité de secteurs angulaires 18 qui sont mis bout à bout circouferentiellument autour de l'axe 18na+ucime( 11 rr,rl-l'DreLl' le l, ul35 Lorsque les secteurs de redresseur 18 sont mis bout à bout circonférentiellement, les viroles 20, 22 forment des couronnes et délimitent radialement une veine annulaire d'écoulement pour les gaz traversant le redresseur.
Les pales 24 présentent chacune un profil aérodynamique délimitées par une face intrados 24a et une surface extrados 24b reliées entre elles par un bord d'attaque 24c et un bord de fuite 24d (figure 4). Chaque pale s'étend radialement entre les viroles 20, 22 et est raccordée à celles-ci par ses extrémités radiales. L'ensemble comprenant la pale 24 et les viroles 20, 22 peut être formé d'une seule pièce obtenue par exemple de fonderie. La virole interne 20 présente une forme de portion d'anneau. Elle porte sur sa surface interne un revêtement abradable 26 destiné à coopérer avec des léchettes radiales 28 portées par l'arbre de rotor 10 afin d'éviter une possible re-circulation des gaz sous la virole interne. De façon connue en soi, le revêtement abradable peut être fixé sur une virole de montage fixée ou sertie sur la virole interne 20. Dans ce cas, cette virole de montage représente de préférence un secteur angulaire correspondant à plusieurs pales, voire à la totalité des pales, et présente ainsi une forme d'anneau qui pourra être laissé ouvert ou être fermé. La virole externe 22 est illustrée de façon plus précise par les figures 2 et 3. Elle comporte notamment une partie amincie 222 qui est en porte-à-faux par rapport au reste de la virole externe et sur laquelle se raccorde le bord de fuite 24d de la pale. Par amincie, on entend une partie de la virole externe qui présente une épaisseur fortement réduite par rapport au reste de la virole externe. A titre d'exemple, cette partie amincie présente une forme sensiblement triangulaire (voir les figures 2 et 4). La virole e/terne 22 comporte également une partie d'attache 224 qui est distincte de la partie amincie 222 et sur laquelle se raccorde le bord d'attaque 24c de la pale. Au niveau d'une face externe, cette partie d'attache 224 corrnp cari r!n naît- 226 faisant suffie d 'p,'Is s , trémitt_s uxiul' V%_'Is farter 30 correspondantes pratiquées dans le carter de redresseur 32 afin d'assurer un montage du secteur de redresseur sur le carter. Bien entendu, d'autres formes de montage du secteur de redresseur sur le carter pourraient être envisagées (tant qu'existe une liberté en rotation de la virole externe). Toujours au niveau de sa face externe, la partie d'attache 224 de la virole externe comporte encore un crochet 228 faisant saillie latéralement vers l'extrados 2412 de la pale. Comme représenté sur la figure 4, ce crochet 228 est destiné à venir en appui radial contre la partie d'attache de la virole externe d'un secteur de redresseur adjacent. Au niveau de sa face interne, la virole externe 22 comporte une empreinte 230 qui est destinée à recevoir en appui radial la partie amincie de la virole externe du secteur de redresseur adjacent. De préférence, cette empreinte présente une forme sensiblement complémentaire à la forme de la partie amincie de la virole externe du secteur de redresseur adjacent, à savoir dans l'exemple illustré par les figures 1 à 8, une forme sensiblement triangulaire. On notera également que la partie d'attache 224 de la virole externe 22 comprend deux faces latérales 232 reliant sa face interne à sa face externe, ces faces latérales 232 étant sensiblement planes et parallèles à un plan radial P passant par l'axe longitudinal 12 du redresseur (voir la figure 4). En liaison avec les figures 5 et 6, on décrira maintenant comment le secteur de redresseur tel que décrit ci-dessus permet d'amortir les modes vibratoires auxquelles est soumise la pale en fonctionnement. Ces figures 5 et 6 représentent un assemblage de deux secteurs de redresseur adjacents 18 en vue de face (c'est-à-dire selon la direction schématisée par la flèche F sur la figure 4).
La figure 5 représente plus précisément la reprise du moment provoqué par les efforts aérodynamiques subis par les pales 24 de ces secteurs redresseur en fonctionnement normal (et en cas de pompage ,'artatlon, les amincies 222 des VirOICS 1 IL(»flt35 de redresseur adjacent. Cet effort radial est représenté sur la figure 5 par les flèches Fl. Cet effort radial Fl est additionné à l'effort radial F2 engendré par l'appui des pattes des secteurs de redresseur dans les rainures du carter du redresseur (non visibles sur la figure 5) pour former un moment M qui reprend les efforts aérodynamiques subis par les pales des secteurs de redresseur en fonctionnement. Il résulte de la reprise de ces efforts aérodynamiques un amortissement des modes vibratoires auxquelles sont soumises les pales en fonctionnement normal.
Quant à la figure 6, elle représente la reprise du moment provoqué par les efforts aérodynamiques inversés subis par les pales 24 de ces secteurs de redresseur en fonctionnement inversé (cas du pompage arrière). Dans cette configuration, le moment M' provoqué par les efforts aérodynamiques inversés est repris par l'effort radial F3 des crochets 228 des viroles externes des secteurs de redresseur contre la partie d'attache de la virole externe du secteur de redresseur adjacent et par l'effort radial F2 des pattes de montage de la virole externe dans les rainures du carter de redresseur.
En liaison avec les figures 7 et 8, on décrira maintenant une variante de réalisation de secteurs de redresseur selon l'invention. Dans cette variante de réalisation, chaque secteur de redresseur 18 présente les mêmes caractéristiques que celles décrites précédemment et comprend en outre des moyens pour exercer en fonctionnement un appui radial de l'empreinte 230 de la partie d'attache 224 de la virole externe 22 sur la partie amincie 222 de la virole externe du secteur de redresseur adjacent. Ces moyens peuvent également servir à majorer cet appui radial si le moment produit par les efforts aérodynamiques est insuffisant.
A cet effet, la parte d'attache 224 a virole externe des secteurs de re [ssseur 18 peut comporter, au niveau de sa face externe, une encoche 234 ouverte vers l'extérieur deshnee à recevoir un jonc ann.elÏsre 5erré ou tOnCi',I) élUtOUr é u redreSSCUr 1 un appui rodai sers, :HU pai5e35 des commodités de représentation, le jonc n'est pas représenté sur la figure 7. Le jonc 236 peut être de section droite comme représenté sur la figure 8. Il peut former un anneau de 360° ou être formé de plusieurs secteurs angulaires. La mise en tension du jonc autour des viroles externes du redresseur peut être obtenue par un effort de traction introduit lors du montage et/ou par différentiel de dilatation entre ces viroles externes et le jonc. De plus, de façon avantageuse, un anneau 238 destiné à recevoir le jonc 236 pour le maintenir en place est formé au niveau de la partie d'attache de chaque virole externe 18. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire que le jonc soit monté tendu, son élasticité pouvant être mise à profit.

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS1. Secteur angulaire de redresseur (18) de turbomachine, comportant une virole interne (20) et une virole externe (22) disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre, et une pale (24) s'étendant radialement entre les viroles et raccordées à celles-ci par ses extrémités radiales, caractérisé en ce que la virole externe comprend : une partie amincie (222) en porte-à-faux sur laquelle se raccorde le bord de fuite (24d) de la pale ; et une partie d'attache (224) distincte de la partie amincie sur laquelle se raccorde le bord d'attaque (240 de la pale et comportant : au niveau d'une face externe, des moyens (226) de montage du secteur de redresseur sur un carter de redresseur (32), et un crochet (228) faisant saillie latéralement vers l'extrados (24b) de la pale et destiné à venir en appui radial contre la partie d'attache de la virole externe d'un secteur de redresseur adjacent ; et au niveau d'une face interne, une empreinte (230) destinée à recevoir en appui radial la partie amincie de la virole externe du secteur de redresseur adjacent.
  2. 2. Secteur de redresseur selon la revendication 1, comportant en outre des moyens (236) pour exercer en fonctionnement un appui radial de l'empreinte de la partie d'attache de la virole externe sur la partie amincie de la virole externe du secteur de redresseur adjacent.
  3. 3. Secteur de redresseur selon la revendication 2, dans lequel la partie d'attache de la virole externe comporte en outre, au niveau de sa face externe, une encoche (234) ouverte vers l'extérieur et destinée à recevoir un jonc annulaire (236) monté autour du redresseur de façon à exercer en fonctionnement un appui radiai de l'empreinte de la partie d'attache sur la partie amincie du secteur de redresseur adjacent. Or', ?il r(TienCliCdI35 . Secteur de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la partie amincie (222) de la virole externe présente une forme sensiblement triangulaire. 6. Secteur de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel dans lequel l'empreinte (230) de la partie d'attache de la virole externe présente une forme sensiblement complémentaire à la forme de la partie amincie de la virole externe du secteur de redresseur adjacent. 7. Secteur de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la partie d'attache de la virole externe comprend deux faces latérales (232) reliant sa face interne à sa face externe, ces faces latérales étant sensiblement planes et parallèles à un plan radial (P) passant par l'axe longitudinal (12) du redresseur. 8. Secteur de redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la partie d'attache de la virole externe comprend, au niveau de sa face externe, deux pattes (226) faisant saillie depuis ses extrémités axiales et destinées chacune à venir s'engager dans une rainure (30) du carter de redresseur (32) pour le montage du secteur de redresseur sur ledit carter de redresseur. 9. Redresseur de turbomachine comprenant une pluralité de secteurs de redresseur (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lesdits secteurs de redresseur étant mis bout à bout angulairement. 10. Compresseur de turbomachine comprenant au moins un 30 redresseur selon la revendication 9. 11. Turbine de turbomachine comprenant au moins un re \,/(.2r-1di(ilatIOn 9.
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