BE1030421B1

BE1030421B1 - Stator tandem

Info

Publication number: BE1030421B1
Application number: BE20225260A
Authority: BE
Inventors: Julien Marande; Rémy Henri Pierre Princivalle
Original assignee: Safran Aero Boosters
Priority date: 2022-04-05
Filing date: 2022-04-05
Publication date: 2023-10-30
Also published as: BE1030421A1; WO2023193997A1; US20250237148A1; CN119053793A; US12497906B2; EP4505079A1

Abstract

Ensemble statorique (32) comprenant une aube amont (33) et une aube aval (35) se recouvrant axialement et définissant entre elles un canal 40. La surface d’entrée du canal 40 est supérieure ou égale à la surface de sortie du canal 40, préférentiellement avec un facteur 2. L’invention porte également sur une turbomachine munie d’un tel ensemble (32), agencé en amont d’un compresseur haute-pression.

Description

STATOR TANDEM

Domaine

L’invention a trait à la conception d’un stator pour turbomachine et en particulier un stator formant le dernier étage de compression d’un compresseur basse-pression.

Art antérieur

Afin de diminuer l'encombrement et le poids d’une turbomachine, il est possible de rendre les compresseurs et en particulier le compresseur basse-pression plus compact en diminuant le nombre d'étages de compression qui le composent. Ceci nécessite néanmoins, afin d’obtenir un taux de compression équivalent avec moins d'étages, d’entraîner le rotor plus vite en rotation.

Il est possible d'envisager des vitesses proches de la vitesse du son. Le compresseur est dit transsonique lorsqu’au moins une partie radialement externe du rotor se déplace à une vitesse supérieure à celle du son.

Les compresseurs transsoniques se caractérisent par une charge importante sur les aubes rotoriques et statoriques car celles-ci doivent accélérer et redresser un flux d'air sur une plus courte distance axiale. Cette charge est encore supérieure lorsque le compresseur comprend des aubes à orientation variable, qui en fonction du régime moteur, imposent une grande déviation au flux et dont le redressement induit donc une charge encore plus grande. Dans ce contexte, la cambrure des aubes doit être importante mais une cambrure trop grande présente le risque d'atteindre des conditions limites d'écoulement, conditions dans lesquelles le flux d'air se décolle des aubes (sous l'effet du gradient adverse de pression statique).

En cas de décollement de la couche limite, l'accélération et/ou le redressement du flux n’est plus garanti, ce qui nuit au rendement du compresseur.

Un endroit particulièrement critique à ce sujet est le dernier redresseur du compresseur, qui doit impérativement restituer un flux sensiblement axial.

Pour redresser un flux dans un compresseur transsonique en limitant la charge aérodynamique subie par les aubes, il est possible de prévoir un redresseur tandem, c’est-à-dire une succession de deux rangées d’aubes statoriques dont chacune participe partiellement au redressement du flux. Un tel exemple est décrit dans le document EP 3 412 876 A1.

Dans l'optique de limiter l'encombrement axial du compresseur, on peut imaginer une conception où les deux rangées d’aubes du tandem se recouvrent partiellement axialement, créant un canal procurant un effet de tuyère entre les aubes.

Cependant, des phénomènes de blocage du débit et des pertes aérodynamiques peuvent survenir lorsque le chevauchement dépasse 5% de la longueur des cordes des aubes. En cas de blocage, le canal entre les aubes n’est plus alimenté en air, l’aube en aval ne redresse plus le flux et le rendement en pâtit. Pour s’en prémunir, il est nécessaire d'adapter la géométrie des aubes.

Resume de l'invention

Problème technique

L’invention vise à résoudre les inconvénients relevés dans l’état de la technique. En particulier, l'invention vise à proposer une conception de stator qui permettent d'améliorer la compacité de la turbomachine sans nuire au rendement de la turbomachine, et ce sur toute la plage d'utilisation — y compris transsonique — de la turbomachine.

Solution technique

L’invention a trait à un ensemble statorique pour compresseur de turbomachine, l'ensemble comprenant : un support interne et un support externe ; une aube amont s'étendant sensiblement radialement depuis le support interne jusqu'au support externe, et comprenant un bord de fuite et un intrados ; et une aube aval s'étendant sensiblement radialement depuis le support interne jusqu’au support externe, et comprenant un bord d’attaque et un extrados ; l’ensemble étant remarquable en ce que l'aube amont et l'aube aval se chevauchent axialement sur au moins une partie de leur hauteur radiale, du support interne au support externe, un canal étant ainsi défini entre l’aube amont et l’aube aval, le canal étant délimité circonférentiellement par l’intrados de l'aube amont et l’extrados de l'aube aval, et délimité radialement par le support interne et le support externe ; le canal définissant : une pluralité de courbes à équidistance de l’intrados et de Vextrados dans des plans respectifs parallèles à la direction axiale et situés à une coordonnée radiale donnée ; une pluralité de segments d'entrée perpendiculaires à chaque courbe et passant par le point du bord d'attaque contenu dans le plan respectif ; une pluralité de segments de sortie perpendiculaires à chaque courbe et passant par le point du bord de fuite contenu dans le plan respectif ; une surface d'entrée, lieu des segments d'entrée sur toutes les coordonnées radiales des aubes ; une surface de sortie, lieu des segments de sortie sur toutes les coordonnées radiales des aubes ; laire de la surface d'entrée étant supérieure à l’aire de la surface de sortie.

Une telle convergence du canal, ou dit autrement, une telle ouverture du canal au niveau de son entrée en comparaison de sa sortie, permet de limiter les risques de blocage du débit et donc permet une conception avec un chevauchement axial plus important des aubes. Ceci résulte en un gain en compacité tout en garantissant une transmission d’une quantité de mouvement adéquate au flux, et donc sans pénaliser le rendement du compresseur.

L’invention peut également être réalisée sans support interne, c'est-à-dire avec les aubes en porte-à-faux. Le canal étant ainsi délimité par une surface géométrique à l'extrémité interne libre des aubes.

Selon un mode avantageux de l'invention, l’aire de la surface d’entrée est comprise entre 1.2 et 3 fois l’aire de la surface de sortie, et préférentiellement l’aire de la surface d'entrée vaut environ 2 fois l’aire de la surface de sortie.

Selon un mode avantageux de l'invention, dans chacun des plans, l’intrados et l’extrados définissent des profils dont les tangentes, pour une coordonnée axiale donnée, définissent respectivement un angle de déflexion amont et un angle de déflexion aval par rapport à la direction axiale, langle de déflexion aval étant supérieur ou égal à l’angle de déflexion amont pour toute coordonnée axiale donnée du chevauchement, et pour toute hauteur radiale donnée des aubes. Ainsi, le canal se rétrécit progressivement d'amont vers l'aval. Selon un mode avantageux de l'invention, pour toute coordonnée axiale et pour toute hauteur radiale données, l’angle de déflexion aval est supérieur à langle de déflexion amont d’au moins 5°, d'au moins 10° ou d’au moins 20°. Selon les vitesses de flux escomptées, le rétrécissement du canal peut être plus ou moins abrupt. Selon un mode avantageux de l'invention, la différence entre l’angle de déflexion aval et l'angle de déflexion amont décroît en fonction de la coordonnée axiale. Ainsi, le canal peut rétrécir rapidement au niveau de son entrée puis devenir progressivement de section constante vers sa sortie.

Selon un mode avantageux de l’invention, le canal contient une multitude de surfaces intermédiaires, à des positions curvilignes respectives entre la surface d'entrée et la surface de sortie, et laire des surfaces intermédiaires décroît de façon monotone entre la surface d’entrée et la surface de sortie.

Selon un mode avantageux de l'invention, le canal contient une multitude de surfaces intermédiaires à des positions curvilignes respectives entre la surface d’entrée et la surface de sortie, et l’aire des surfaces intermédiaires décroît de la valeur de laire d'entrée jusqu’à une valeur minimale puis croît jusqu’à la valeur de l'aire de sortie.

Selon un mode avantageux de l'invention, la valeur minimale est égale ou supérieure à deux septièmes de la valeur de l'aire d'entrée.

Selon un mode avantageux de l'invention, la valeur minimale est obtenue au voisinage d’une position curviligne médiane du canal.

Selon un mode avantageux de l'invention, le canal a une longueur axiale comprise entre 0.1 et 0.3 fois la somme de la longueur axiale de l'aube amont et de la longueur axiale de l'aube aval.

Selon un mode avantageux de l'invention, pour toute coordonnée radiale, l'aube amont comprend un angle d'entrée, un angle de sortie, et une déviation définie par la différence entre l’angle de sortie et l'angle d'entrée, et l'aube aval comprend un angle d'entrée, un angle de sortie, et une déviation définie par la différence entre l’angle de sortie et langle d’entrée, le ratio entre la déviation amont et la somme des déviations amont et aval étant compris entre 0.1 et 0.6, et valant préférentiellement 0.4. Ainsi, l'aube aval supporte plus de charge dynamique que l'aube amont.

Selon un mode avantageux de l'invention, le ratio entre la longueur axiale de l’aube amont et la somme de la longueur axiale de l'aube amont et de l'aube aval est compris entre 1 et 4, et vaut préférentiellement 1.15. Ceci permet un gain en compacité de l’ensemble de la turbomachine.

Selon un mode avantageux de l'invention, l'ensemble statorique comprend une rangée annulaire d’aubes amont et une rangée annulaire d’aubes aval, le nombre d'aubes amont et le nombre d’aubes aval étant identiques, les aubes définissant une pluralité de canaux identiques entre une aube amont et une aube aval respective, le support interne étant une virole interne et le support externe étant une virole externe ou un carter.

L’invention porte également sur une turbomachine comprenant une roue mobile et un bec de séparation agencé en aval de la roue mobile et séparant un flux d’air en 5 un flux interne parcourant une veine interne et un flux externe parcourant une veine externe, la turbomachine étant remarquable en ce qu’elle comprend un ensemble statorique selon lun des modes de réalisation évoqués ci-dessus, préférentiellement agencé dans la veine interne, la veine interne décrivant éventuellement une forme en col de cygne en amont de l’ensemble statorique.

Selon un mode avantageux de l'invention, en aval de l’ensemble statorique est agencé un compresseur haute pression, l'ensemble statorique étant séparé du compresseur haute pression par une forme en col de cygne.

L’invention porte également sur un procédé d'utilisation de la turbomachine selon l’un des modes de réalisation ci-dessus, le procédé comprenant l’entraînement en rotation de la roue mobile à une vitesse de rotation telle que la vitesse linéaire relative d'au moins une partie de la roue mobile dépasse la vitesse du son.

Avantages de l'invention

L’invention est particulièrement avantageuse en ce qu’elle permet de proposer une conception qui permettent jusqu’à 30% de recouvrement et donc autant de gain en compacité axiale sans risquer de pertes de rendement dû au blocage. La masse de l'ensemble est donc réduite, réduisant d'autant la consommation et simplifiant également les opérations de montage ou de maintenance.

Description des dessins

La figure 1 est une vue en coupe d’une turbomachine ;

La figure 2 illustre un étage rotor/stator avec des diagrammes de vitesse ;

Les figures 3 et 4 représentent une vue isométrique d’une aube rotorique et d’une aube statorique ;

La figure 5 illustre une vue en coupe perpendiculairement à un rayon ;

La figure 6 montre les variations des angles ;

Lafigure 7 montre les variations des aires ;

La figure 8 est une vue isométrique de l’ensemble statorique ;

La figure 9 montre une vue en coupe d’un autre exemple d'ensemble statorique ;

La figure 10 montre les variations des aires correspondantes ;

Les figures 11 à 13 montrent des exemples d’implantation de l’ensemble statorique.

Description détaillée de modes de réalisation

Dans la description qui va suivre, les termes « interne » et « externe » renvoient à un positionnement par rapport à l’axe de rotation d’une turbomachine. La direction axiale correspond à la direction le long de l'axe de rotation de la turbomachine. La direction radiale est perpendiculaire à l’axe de rotation. L'amont et l’aval sont en référence au sens d’écoulement principal du flux dans la turbomachine. Si l'invention privilégie les turbomachines axiales, elle n’y est pas limitée.

Les figures ne sont pas représentées à l’échelle. En particulier, les épaisseurs sont agrandies pour faciliter la lecture des figures.

Le terme « hauteur » se rapporte à une dimension mesurée selon la direction de plus grande dimension des aubes, qui peut être sensiblement radiale.

La corde est le segment de droite reliant le bord d'attaque au bord de fuite dans un plan perpendiculaire à un rayon. La cambrure désigne la courbe médiane reliant le bord d’attaque au bord de fuite à équidistance de l’intrados et de l’extrados.

La figure 1 montre une vue en coupe schématique d’une turbomachine 1. Un carter intérieur 2 guide un flux F1 qui parcourt successivement des compresseurs 4 (basse et haute pression), une chambre de combustion 6 et des turbines 8 (haute et basse pression), avant de s'échapper par une tuyère 10. L'énergie de la combustion entraîne les turbines 8 en rotation autour de l'axe X. Les turbines 8 entraînent les compresseurs 4, directement par le biais d'arbres de transmission, ou indirectement au moyen d’un réducteur 23.

Les turbines 8 entraînent également en rotation un rotor 12 avec des pales de soufflante 14 qui mettent en mouvement un flux F2.

Un carénage 16 et une nacelle 18 délimitent un passage 19 qui est parcouru par le flux F2.

Des bras structuraux 20 reprennent les efforts entre la nacelle 18 et le carter 2.

Une rangée annulaire d’aubes statoriques 22 (« outlet guide vanes », OGV) peut être agencée en aval du rotor 12 pour redresser le flux F2.

Le réducteur 23 peut grandement diminuer la vitesse de rotation (entre les turbines et la soufflante/hélice).

Laturbomachine 1 présente un bec de séparation 48 pour séparer le flux annulaire

F en deux flux annulaires. L'invention peut s'appliquer en aval de tout type de bec de séparation de flux et n’est pas limitée au bec 48.

Les compresseurs 4 sont formés d’une succession d’étages de compression.

Chaque étage comprend des aubes tournantes fournissant une quantité de mouvement au flux et des aubes fixes redressant la direction d’écoulement du flux.

A ce titre, la figure 2 illustre quelques paramètres aidant à définir la géométrie d’un étage de compression formé d’un rotor R1 et d’un stator S1, vu dans un plan parallèle à l’axe X et perpendiculaire à un rayon, à une distance r de l’axe X. Pour être exact, la figure 2 est une représentation d’une projection développée sur un plan (P sur la figure 3) de quelques aubes adjacentes. Les aubes rotoriques 30 accélèrent l'écoulement du fluide grâce à l'énergie transmise par l'arbre de transmission. L'étage statorique 31 « transforme » l'énergie cinétique en pression grâce à la forme des aubes statoriques.

Les aubes 30 tournent à une vitesse de rotation w autour de l’axe X, ce qui signifie qu'un point de l’aube de coordonnée radiale r aura pour vitesse U=rw.

La cambrure des aubes 30, 31 est notée A30 et A31 et est représentée en traits interrompus.

Le diagramme de vecteurs à gauche des aubes rotoriques 30 correspond à l’état du fluide à l'entrée de l'étage de compression. Le fluide se présente avec une vitesse absolue V1, selon une orientation qui dépend des éléments de la turbomachine en amont des aubes 30. Le vecteur vitesse relative W1 d'entrée du fluide dans le rotor se déduit en soustrayant les vecteurs U à V1.

Ainsi, pour une même valeur de composante axiale de la vitesse d'entrée, si celle- ci est plus ou moins inclinée, la vitesse relative de l’air par rapport au rotor est différente.

En sortie du rotor R1, le fluide a une vitesse relative W2 dont l’orientation dépend de la géométrie des aubes. En ajoutant U à W2, on obtient la vitesse de sortie absolue V2 qui est plus grande en valeur que V1.

Ensuite, les aubes statoriques 31 dévient et décélèrent le fluide, cette décélération se répercutant en une augmentation de pression. L'orientation de la vitesse V3 dépend entre autres de la géométrie des aubes statoriques.

La géométrie des aubes peut être décrite en partie par leur angle d'entrée 30.1, 31.1 et leur angle de sortie 30.2, 31.2.

L’« angle d'entrée » d’une aube est langle formé dans un plan parallèle à l’axe du compresseur et perpendiculaire à un rayon, entre la tangente à la ligne de cambrure et l'axe du compresseur, au niveau du bord d’attaque.

L’« angle de sortie » d’une aube est l’angle formé dans un plan parallèle à l’axe du compresseur et perpendiculaire à un rayon, entre la tangente à la ligne de cambrure et l'axe du compresseur, au niveau du bord de fuite de l'aube.

Ainsi, la vitesse relative W2 est sensiblement orientée selon l’angle de sortie des aubes rotoriques 30 et la vitesse V3 est sensiblement orientée selon l’angle de sortie des aubes statoriques 31.

Sur la figure 2 sont également matérialisés les bords d'attaque 30.3, 31.3, les bords de fuite 30.4, 31.4, les intrados 30.5, 31.5 et les extrados 30.6, 31.6 des aubes 30, 31.

La composante tangentielle de la vitesse absolue est notée Vt2 et Vt3.

Le facteur de Lieblein Dli qui permet de quantifier la charge aérodynamique de l’aube 31 peut être approximé par la formulation : plie 1 V, Vt, — Vt,

L=l1-2+-

V, 25 V,

Où Dii est le facteur de Lieblein, V2, V3, Vt2 et Vt3 sont les vitesses absolues et leurs composantes tangentielles comme indiquées sur la figure 2, et S est le pas angulaire entre deux aubes circonférentiellement adjacentes.

Lorsque DLi est supérieur à 0.6, on constate que des tourbillons de coin se forment au niveau de l'interaction entre l’extrados du stator et les parois interne et externe de la veine. Afin de limiter la charge sur les aubes statoriques et permettre néanmoins une grande vitesse de rotation (transsonique), le stator S1 de l'invention est subdivisé en un ensemble de deux rangées d’aubes (voir figure 5).

Les figures 3 et 4 représentent une aube rotorique 30 et une aube statorique 31 en perspective, mettant notamment en évidence le fait que le bord d'attaque et le bord de fuite ainsi que les angles d'entrée et de sortie des aubes varient entre leur pied et leur tête.

La figure 3 montre également le plan P, perpendiculaire à un rayon et à une distance r de l'axe X.

La figure 5 illustre un ensemble statorique 32 selon l’invention, précédé d’une rangée d’aubes rotoriques 30, vu dans le plan P.

L’ensemble 32 est composé d’une aube amont 33 et d’une aube aval 35, s'étendant depuis un support radialement interne 36 et jusqu’à un support radialement externe 38 (figure 6). Les supports interne et externe peuvent être des plateformes de fixation à une structure porteuse. Les supports peuvent également être des viroles décrivant 360° autour de l'axe X ou des secteurs angulaires de viroles décrivant quelques degrés ou quelques dizaines de degrés d’angle autour de l’axe X. L’aube 33 et l'aube 35 sont portées par un support interne commun et par un support externe commun.

Sur la figure 5, plusieurs paires d’aubes 33, 35 sont illustrées pour faciliter la compréhension des différents paramètres.

Dans un mode de réalisation, l'ensemble statorique 32 comporte une rangée annulaire d’aubes 33 et une rangée annulaire d’aubes 35. Les aubes 33, 35 sont espacées circonférentiellement de leurs voisines d’un pas S, qui peut être identique pour les deux rangées d'aubes.

Les aubes 33, 35 comprennent respectivement un angle d’entrée 33.1, 35.1, un angle de sortie 33.1, 35.2, un bord d’attaque 33.3, 35.3, un bord de fuite 33.4, 35.4, un intrados 33.5, 35.5 et un extrados 33.6, 35.6. La déviation de chaque aube, qui peut être notée A33, A35 est la différence entre langle de sortie 33.2, 35.2 et l’ange d'entrée 33.1, 35.1.

La répartition de la charge aérodynamique entre les deux aubes 33, 35 peut être matérialisée par une proportion entre la déviation amont A33 et la déviation totale de l’ensemble 32, A33+A35. Le ratio A33/(A33+A35) est souhaité entre 0.1 et 0.6.

Préférentiellement, ce ratio peut valoir environ 0.4.

On cherche en effet à limiter la charge et la déviation sur l’aube amont. Le profil amont pourra voir typiquement 20 à 30° (variation sur sa hauteur radiale) de déviation et le profil aval verra 30° sur toute sa hauteur radiale.

En limitant la charge sur l’aube amont 33, il est possible de garantir une alimentation en flux qui soit constante sur l'aube aval quelle que soit la vitesse de rotation des aubes 30. Réciproquement, il est possible d'imposer une charge importante à l’aube aval 35 si l’écoulement sur l’aube amont 33 est bien maîtrisé.

L’aube aval 35 est disposée circonférentiellement au voisinage de l’intrados 33.5 de l'aube amont 33. Pour toute position axiale, la distance circonférentielle maximale entre l’aube aval 35 et l'aube amont 33 peut être inférieure à S/2, voire S/4.

La corde des aubes 33, 35, qui relie leurs bords d’attaque 33.1, 35.1 à leurs bords de fuite 33.2, 35.2 est notée C33 et C35.

La longueur axiale des aubes est notée L33 et L35. La position des aubes est telle qu’elles se recouvrent au moins partiellement. Ainsi, une longueur de chevauchement axial LC est identifiée sur la figure 5. La longueur LC peut valoir jusqu'à 30% de la somme L33+L35. La longueur LC est mesurée d’un point X1 du bord d'attaque 35.3 de l’aube aval 35 et de coordonnée axiale x1 à un point X2 du bord de fuite 33.4 de l’aube amont 33 et de coordonnée axiale x2. Le chevauchement est ici sous-entendu sur toute la hauteur radiale des aubes mais l'invention n’y est pas limitée : un chevauchement partiel est possible, auquel cas le canal défini plus haut est limité radialement par la plage radiale correspondant à un chevauchement des aubes.

Les longueurs axiales des aubes 33, 35 peuvent être telles que le ratio

L33/(L33+L35) est compris entre 1 et 4 et vaut préférentiellement 1.15.

Le chevauchement axial fait apparaître un canal 40 entre l’aube amont et l’aube aval.

Dans le plan de la figure 5, une courbe médiane T peut être définie, à équidistance de l’intrados 33.5 et de l'extrados 35.6. Cette courbe peut être telle qu’en chaque point t de la courbe, une tangente à la courbe T peut être définie, le point t étant le milieu du segment perpendiculaire à cette tangente, segment dont les extrémités sont sur l'intrados 33.5 et l’'extrados 35.6.

Un tel segment, dit d'entrée, est noté a1 en un point t1 en entrée du canal 40, et un autre segment, dit de sortie, est noté a2 en un point t2 en sortie du canal 40.

Autrement dit, à tout point X1 du bord d’attaque 35.3 correspond un unique segment a1 et à tout point X2 du bord de fuite 33.4 correspond un unique segment a2.

Une surface (géométrique) médiane > à équidistance de l’intrados 33.5 et de l’extrados 35.6 peut être définie (voir figure 8) par le lieu des courbes médianes T pour toutes les valeurs radiales entre le support interne 36 et le support externe 38.

Le lieu des segments a1 pour toutes les valeurs de r forme une surface (géométrique) d’entrée A1 du canal 40. Le lieu des segments a2 pour toutes les valeurs de r forme une surface (géométrique) de sortie A2 du canal 40.

Selon l'invention, l’aire ®1 de la surface d'entrée A1 est supérieure à l’aire D2 de la surface de sortie A2, notamment entre 2 et 4 fois plus grande.

Ceci signifie que vu dans le plan de la figure 5, en supposant faibles les variations de hauteur de la veine (distance radiale entre les supports interne et externe), la longueur du segment a1 vaut au moins 2 à 4 fois la longueur du segment a2.

On peut définir une abscisse curviligne relative entre t1 et t2, u, comprise entre 0 et 1, et donc telle que t(0)=t1 et t(1)=t2. Comme t1 et t2 peuvent avoir une coordonnée axiale x qui varie selon le rayon r considéré, utiliser l’abscisse curviligne relative permet de construire un segment at, au point t(u), pour chaque valeur de r. Le lieu des segments at en faisant varier r (et en gardant u constant) permet d'obtenir une surface At, qui est donc espacée des surfaces A1 et A2 de façon pondérée : pour u=0.5, la surface At est à « équidistance curviligne » des surfaces A1 et A2. La figure 8 montre les surfaces A1, A2 et At.

La figure 5 montre également qu’en toute coordonnée axiale x, une tangente à l’intrados 33.5 définit un angle p33(x) et une tangente à l’extrados 35.6 définit un angle p35(x). Dans l'exemple de la figure 5, pour tout x dans le chevauchement

(dans l’intervalle [x1 ;x2]), l'angle p35 est supérieur à l’angle p33. La différence entre les angles peut varier et être d’au moins 5, d’au moins 10 ou d’au moins 20°.

La figure 6 illustre les variations possibles des angles p33 et p35 en fonction de x.

La variation de la différence est monotone, c’est-à-dire que la fonction dérivée de la difference p35-p33 ne change pas de signe.

La figure 7 représente trois exemples de variations monotones de l'aire des surfaces entre la surface d'entrée et la surface de sortie. La variation peut par exemple être concave, convexe ou linéaire. Une tendance à décroissance plus lente permettra de limiter les pertes aérodynamiques par frottement, mais formera un flux moins stable qu'une tendance à décroissance rapide de la section du canal.

La figure 8 représente l’ensemble statorique 32 en perspective selon la direction indiquée VIII sur la figure 5.

Les différentes surfaces A1, A2, At, et 2 ainsi que la hauteur radiale H33, H35 des aubes 33, 35 y sont indiquées. Le support interne 36 ainsi que le support externe 38 sont partiellement représentés.

La figure 9 montre une conception dans laquelle l’extrados 35.6 se rapproche de l’intrados 33.5 puis s'en éloigne. Ceci se traduit par une décroissance de l’aire bt du canal 40 depuis l'entrée t1 jusqu’à un point tm où une surface Am a une aire minimale Om. La décroissance est suivie d’une croissance de aire du point tm jusqu'à t2.

La figure 10 illustre une variation possible de Ot entre t1 et t2. L'ordre de grandeur de la valeur de dm est de 2/7ème de 1. On peut avoir une variation en amont du point tm telle que ®1/Dm < 3.5. Le point tm peut se situer environ à mi-chemin entre t1 et t2. Une valeur inférieure ou égale à 2/7 pour Dm/ ®1 permet de garantir que même avec un ratio entre laire d’entrée et laire de sortie choisi égal à 3, le profil des variations est du type de celui de la figure 10, i.e, une décroissance puis une croissance.

Les figures 11 à 13 montrent des implantations possibles de l’ensemble statorique 32 dans une turbomachine 1, préférentiellement en aval d’une séparation d’un flux.

Un flux F est scindé en un flux primaire F1 et un flux secondaire F2. Le flux F s’écoule dans une veine annulaire 42. Les flux primaire F1 et secondaire F2 s’écoulent respectivement dans une veine annulaire 44, 46.

La séparation des flux est effectuée par un bec de séparation 48.

Directement (ou non) en amont de l’arête 48 se situe un ensemble tournant se présentant sous la forme d’une roue mobile 50 dont les aubes 52 s'étendent radialement au-devant des deux veines 44, 46.

L’ensemble statorique 32 de l'invention est préférentiellement agencé dans la veine intérieure 44, et l'ensemble statorique 32 précède une forme en col de cygne 54 qui peut être agencée en amont d’un compresseur haute-pression 4’. Ainsi, l'ensemble statorique 32 constitue les dernières aubes du compresseur basse-pression 4 de la turbomachine 1.

Le compresseur 4 peut comprendre des aubes statoriques à calage variable (VSV pour « variable stator vane »). L'ensemble statorique 32 peut contenir les seules aubes statoriques du compresseur qui ne sont pas à calage variable.

Le compresseur 4 peut comprendre entre 1 et 4 étages de compression, formés chacun d'au moins une rangée annulaire d’aubes rotoriques directement suivies d'au moins une rangée annulaire d’aubes statoriques.

La veine intérieure 44 peut comprendre un ensemble tournant comprenant les aubes rotoriques 30.

L’ensemble statorique 32 est agencé directement en aval des aubes tournantes 30.

La figure 12 représente une alternative dans laquelle le flux F1 entrant dans la veine 44 rencontre d’abord des aubes fixes 56.

La figure 13 illustre une variante dans laquelle la veine 44 décrit une forme en col de cygne 58 en amont de l’ensemble rotorique 32.

L’invention est en particulier applicable au dernier étage d’un compresseur basse- pression, ou haute-pression. L'invention est aussi applicable aux turbomachines dites non-carénées (CROR « Counter-Rotating Open Rotor » ou USF « Unducted

Single Fan »).

L’invention vise de manière non limitative les compresseurs transsoniques, c’est-à- dire pour lesquelles la vitesse U de l'extrémité radialement externe des aubes rotoriques 30 est comprise entre 360 m/s et 420 m/s (ou la vitesse relative W2 est supérieure à 340 m/s).

Claims

Revendications

1. Ensemble statorique (32) pour compresseur (4) de turbomachine (1), l'ensemble (32) comprenant : - un support interne (36) et un support externe (38) ; - une aube amont (33) s'étendant sensiblement radialement depuis le support interne (36) jusqu’au support externe (38), et comprenant un bord de fuite

(33.4) et un intrados (33.5) ; et - une aube aval (35) s'étendant sensiblement radialement depuis le support interne (36) jusqu’au support externe (38), et comprenant un bord d'attaque

(35.3) et un extrados (35.6) ; l'ensemble (32) étant caractérisé en ce que l'aube amont (33) et l'aube aval (35) se chevauchent axialement sur au moins une partie de leur hauteur radiale (H33, H35), du support interne (36) au support externe (38), un canal (40) étant ainsi défini entre l'aube amont (33) et l’aube aval (35), le canal (40) étant délimité circonférentiellement par Pintrados (33.5) de l'aube amont (33) et l’extrados (35.6) de l'aube aval (35), et délimité radialement par le support interne (36) et le support externe (38) ; le canal (40) définissant : - une pluralité de courbes (T) à équidistance de l’intrados (33.5) et de l’extrados (35.6) dans des plans (P) respectifs parallèles à la direction axiale et situés à une coordonnée radiale (r) donnée ; - une pluralité de segments d’entrée (a1) perpendiculaires à chaque courbe (T) et passant par le point (X1) du bord d'attaque (35.3) contenu dans le plan (P) respectif ; - une pluralité de segments de sortie (a2) perpendiculaires à chaque courbe (T) et passant par le point (X2) du bord de fuite (35.4) contenu dans le plan (P) respectif ; - une surface d’entrée (A1), lieu des segments d'entrée (a1) sur toutes les coordonnées radiales (r) des aubes (33, 35) ;

- une surface de sortie (A2), lieu des segments de sortie (a2) sur toutes les coordonnées radiales (r) des aubes (33, 35) ; l’aire (®1) de la surface d'entrée (A1) étant comprise entre deux et quatre fois laire (®2) de la surface de sortie (A2).

2. Ensemble (32) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’aire de la surface d'entrée (A1) est comprise entre 1.2 et 3 fois l’aire de la surface de sortie (A2), et préférentiellement l’aire de la surface d’entrée (A1) vaut environ 2 fois l’aire de la surface de sortie (A2).

3. Ensemble (32) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans chacun des plans (P), Vintrados (33.5) et l’extrados (35.6) définissent des profils dont les tangentes, pour une coordonnée axiale donnée (x), définissent respectivement un angle de déflexion amont (p33) et un angle de déflexion aval (p35) par rapport à la direction axiale (X), l’angle de déflexion aval (p35) étant supérieur ou égal à l’angle de déflexion amont (p33) pour toute coordonnée axiale donnée (x) du chevauchement, et pour toute hauteur radiale (r) donnée des aubes (33, 35).

4. Ensemble (32) selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour toute coordonnée axiale (x) et pour toute hauteur radiale (r) données, l’angle de déflexion aval (p35) est supérieur à l’angle de déflexion amont (p33) d’au moins 5°, d'au moins 10° ou d’au moins 20°.

5. Ensemble (32) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la différence entre l’angle de déflexion aval (p35) et l’angle de déflexion amont (p33) décroît en fonction de la coordonnée axiale (x).

6. Ensemble (32) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le canal (40) contient une multitude de surfaces intermédiaires (At), à des positions curvilignes (t) respectives entre la surface d'entrée (A1) et la surface de sortie (A2), et laire (t) des surfaces intermédiaires (At) décroît de façon monotone entre la surface d’entrée (A1) et la surface de sortie (A2).

7. Ensemble (32) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le canal (40) contient une multitude de surfaces intermédiaires (At) à des positions curvilignes (t) respectives entre la surface d'entrée (A1) et la surface de sortie (A2), et l’aire (®t) des surfaces intermédiaires (At) décroît de la valeur de l’aire

(®1) d'entrée jusqu’à une valeur minimale (Om) puis croît jusqu'à la valeur de l’aire (2) de sortie.

8. Ensemble (32) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la valeur minimale (Dm) est égale ou inférieure à deux septièmes de la valeur de l’aire d'entrée (1).

9. Ensemble (32) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la valeur minimale (Pm) est obtenue au voisinage d’une position curviligne (tm) médiane du canal (40).

10. Ensemble (32) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal (A) a une longueur axiale (LC) comprise entre 0.1 et 0.3 fois la somme de la longueur axiale de l'aube amont (L33) et de la longueur axiale de l'aube aval (L35).

11. Ensemble (32) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour toute coordonnée radiale (r), l'aube amont (33) comprend un angle d'entrée (33.1), un angle de sortie (33.2), et une déviation (A33) définie par la différence entre l’angle de sortie (33.2) et l’angle d'entrée (33.1), et l'aube aval (35) comprend un angle d’entrée (35.1), un angle de sortie (35.2), et une déviation (A35) définie par la différence entre l’angle de sortie (35.2) et langle d'entrée (35.1), le ratio entre la déviation amont (A33) et la somme des déviations amont (A33) et aval (A35) étant compris entre 0.1 et 0.6, et valant préférentiellement 0.4.

12. Ensemble (32) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ratio entre la longueur axiale (L33) de l'aube amont (33) et la somme de la longueur axiale de l'aube amont (L33) et de l'aube aval (L35) est compris entre 1 et 4, et vaut préférentiellement 1.15.

13. Ensemble (32) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une rangée annulaire d'aubes amont (33) et une rangée annulaire d’aubes aval (35), le nombre d'aubes amont (33) et le nombre d’aubes aval (35) étant identiques, les aubes (33, 35) définissant une pluralité de canaux (40) identiques entre une aube amont (33) et une aube aval (35) respective, le support interne (36) étant une virole interne et le support externe (38) étant une virole externe ou un carter.

14. Turbomachine (1) comprenant une roue mobile (50) et un bec de séparation (48) agencé en aval de la roue mobile (50) et séparant un flux d'air (F1) en un flux interne (F2) parcourant une veine interne (44) et un flux externe (F3) parcourant une veine externe (46), la turbomachine (1) étant caractérisée en ce qu’elle comprend un ensemble statorique (32) selon lune des revendications 1 à 12 préférentiellement agencé dans la veine interne (44), la veine interne (44) décrivant éventuellement une forme en col de cygne (58) en amont de l'ensemble statorique (32).

15. Turbomachine (1) selon la revendication 14, caractérisée en ce qu’en aval de l'ensemble statorique (32) est agencé un compresseur haute pression (4), l'ensemble statorique (32) étant séparé du compresseur haute pression (4') par une forme en col de cygne (54).

16. Procédé d'utilisation de la turbomachine (1) selon la revendication 14 ou 15 comprenant l’entraînement en rotation de la roue mobile (50) à une vitesse de rotation telle que la vitesse linéaire relative (W2) d’au moins une partie de la roue mobile (50) dépasse la vitesse du son.