FR3010464A1

FR3010464A1 - Etage redresseur a calage variable pour compresseur de turbomachine comportant un joint d'etancheite a brosse

Info

Publication number: FR3010464A1
Application number: FR1358737A
Authority: FR
Inventors: Damien Joseph Cellier; Antoine Robert Alain Brunet; Gomes Mickael Dias; Vincent Paul Gabriel Perrot; Daniel Georges Plona
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-03-13
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: FR3010464B1

Abstract

L'objet principal de l'invention est un étage redresseur à calage variable (10) pour compresseur de turbomachine, comportant une rangée annulaire d'aubes à calage variable (11), chaque aube à calage variable (11) comportant à ses extrémités radialement externe et radialement interne, respectivement un pivot externe (8) et un pivot interne (9) sensiblement cylindriques, le pivot externe (8) et le pivot interne (9) étant respectivement engagés dans des logements d'un carter externe (6) et d'un anneau interne (7) de l'étage redresseur à calage variable (10), chaque aube à calage variable (11) définissant un jeu externe (J2) et un jeu interne (J1), respectivement entre le carter externe (6) et l'extrémité externe de l'aube à calage variable (11), et entre l'anneau interne (7) et l'extrémité interne de l'aube à calage variable (11), caractérisé en ce qu'au moins un joint d'étanchéité à brosse (4) formant obstacle de circulation des gaz au moins de l'intrados (I) vers l'extrados (E) d'une aube à calage variable (11) est positionné au niveau du jeu externe (J2) et/ou du jeu interne (J1) de ladite aube à calage variable (11).

Description

ETAGE REDRESSEUR A CALAGE VARIABLE POUR COMPRESSEUR DE TURBOMACHINE COMPORTANT UN JOINT D'ETANCHEITE A BROSSE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines, et plus particulièrement au domaine des étages redresseurs à calage variable pour compresseur de turbomachine. L'invention s'applique à tout type de turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. Plus préférentiellement, elle s'applique à un turboréacteur double corps et double flux. L'invention concerne ainsi plus précisément un étage redresseur à calage variable pour compresseur de turbomachine, ainsi qu'un compresseur et une turbomachine associés. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un compresseur de turbomachine, notamment un compresseur haute pression, peut être constitué d'une pluralité d'étages de compression formés chacun d'une rangée annulaire d'aubes mobiles montées sur un arbre de la turbomachine et d'une pluralité d'étages redresseurs, notamment une pluralité d'étages redresseurs à calage variable (encore désigné par « étages redresseurs VSV » pour « Variable Stator Vane » en anglais), montés sur un carter annulaire externe de la turbomachine. Chaque étage redresseur VSV comprend une rangée annulaire d'aubes à calage variable, portées par un carter du stator et réglables en position autour de leurs axes pour optimiser l'écoulement des gaz dans le moteur de la turbomachine. En particulier, le calage des aubes VSV peut évoluer en fonction du régime de fonctionnement du moteur. Les aubes VSV peuvent ainsi permettre, en s'adaptant à l'angle d'arrivée des gaz, un gain important en marge au pompage et un gain important en rendement du compresseur. Dans la technique actuelle, une aube VSV comprend un pivot axial sensiblement cylindrique à chacune de ses extrémités, ces pivots définissant l'axe de rotation de l'aube. Le pivot radialement externe appelé pivot de commande est engagé dans le logement d'une cheminée sensiblement radiale ou inclinée d'un carter externe de la turbomachine et est relié par un levier à un anneau de commande actionné par un vérin, un moteur électrique ou analogue. La rotation de l'anneau de commande est transmise par les leviers aux pivots externes des aubes et les fait tourner autour de leurs axes. Le pivot radialement interne appelé pivot de guidage est engagé dans un logement sensiblement radial ou incliné d'un anneau interne monté sur une virole annulaire portant des blocs de matière abradable. Le carter externe et l'anneau interne de la turbomachine délimitent entre eux la veine annulaire d'écoulement des gaz du compresseur. La figure 1 représente très schématiquement, en coupe, un exemple d'un tel étage redresseur à calage variable 10 selon l'art antérieur, et la figure 2 est une vue agrandie, partielle et en perspective, de la zone A de la figure 1. L'étage redresseur VSV 10 comporte une rangée annulaire d'aubes à calage variable 11, comportant chacune un pivot radialement externe 8 et un pivot radialement interne 9, sensiblement cylindriques et respectivement engagés dans des logements d'un carter externe 6 et d'un anneau interne 7 de la turbomachine. Ces aubes 11 ont une face intrados I et une face extrados E qui sont reliées à leurs extrémités amont et aval en formant des bords d'attaque BA et de fuite BF de l'air qui s'écoule dans le compresseur.

Le calage d'un tel étage redresseur VSV 10 variant, et les viroles interne et externe étant respectivement formées par des pivots interne 9 et externe 8 sensiblement cylindriques, il convient de laisser un jeu interne il entre l'aube 11 et l'anneau interne 7, et un jeu externe J2 entre l'aube 11 et le carter externe 6, afin d'éviter notamment tout contact entre ces éléments. L'étendue et l'amplitude de tels jeux sont variables en fonction du moteur de la turbomachine.

Néanmoins, l'existence de tels jeux J1 et J2 influe sur l'écoulement des gaz autour des aubes 11. En particulier, la différence de pression statique entre l'intrados I et l'extrados E de l'aube 11 génère une migration du flux de gaz au travers des jeux interne J1 et externe J2. Ce phénomène engendre alors des pertes de performance significatives pour le compresseur de la turbomachine. EXPOSÉ DE L'INVENTION Il existe ainsi un besoin pour proposer une solution permettant d'empêcher, ou du moins de réduire le plus significativement possible, le flux de gaz susceptible de circuler au travers des jeux interne et externe des aubes à calage variable d'un étage redresseur à calage variable de compresseur de turbomachine, afin d'améliorer significativement les performances du compresseur. L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un étage redresseur à calage variable pour compresseur de turbomachine, notamment un compresseur haute pression, comportant une rangée annulaire d'aubes à calage variable, chaque aube à calage variable comportant à ses extrémités radialement externe et radialement interne, respectivement un pivot externe et un pivot interne sensiblement cylindriques, le pivot externe et le pivot interne étant respectivement engagés dans des logements d'un carter externe et d'un anneau interne de l'étage redresseur à calage variable, chaque aube à calage variable définissant un jeu externe et un jeu interne, respectivement entre le carter externe et l'extrémité externe de l'aube à calage variable, et entre l'anneau interne et l'extrémité interne de l'aube à calage variable, caractérisé en ce qu'au moins un joint d'étanchéité à brosse (ou encore « joint à brosse » pour plus de concision) formant obstacle de circulation des gaz au moins de l'intrados vers l'extrados d'une aube à calage variable est positionné au niveau du jeu externe et/ou du jeu interne de ladite aube à calage variable. Grâce à l'invention, il peut être possible de réduire significativement et efficacement le débit de circulation des gaz au travers d'un jeu interne entre l'anneau interne et une aube VSV, et/ou d'un jeu externe entre le carter externe et une aube VSV, d'un étage redresseur VSV. L'invention peut donc permettre le contrôle des jeux interne et externe d'une aube VSV par la mise en place d'un ou plusieurs joints à brosse formant obstacle de circulation des gaz. Elle peut ainsi permettre d'améliorer significativement les performances aérodynamiques du compresseur, la marge au pompage, et donc l'opérabilité de la turbomachine. L'étage redresseur à calage variable selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.

Le joint à brosse peut être fixé sur l'extrémité externe de ladite aube à calage variable en vis-à-vis du carter externe et/ou sur l'extrémité interne de ladite aube à calage variable en vis-à-vis de l'anneau interne. De préférence, cette fixation est réalisée par sertissage. Un épaississement local de l'aube à calage variable peut dans ce cas être réalisé, notamment à l'extrémité externe et/ou l'extrémité interne de l'aube à calage variable. En particulier, l'aube à calage variable peut être évasée. En variante, le joint à brosse peut être rapporté autour de l'aube à calage variable. Le joint à brosse peut s'étendre sur au moins la majeure partie du jeu externe et/ou du jeu interne de ladite aube à calage variable, mieux encore sur plus des trois quarts, voire encore sur sensiblement la totalité du jeu externe et/ou du jeu interne. En particulier, le joint à brosse peut présenter une dimension radiale et/ou axiale respectivement sensiblement égale à la dimension radiale et/ou axiale du jeu externe et/ou interne. Le joint à brosse peut être un joint à brosse métallique ou, de préférence, un joint à brosse à fibres de carbone ou céramique. Le joint à brosse peut s'étendre depuis l'aube à calage variable sensiblement au contact de l'anneau interne et/ou du carter externe de l'étage redresseur à calage variable. Par « sensiblement au contact », on entend que les poils du joint à brosse peuvent venir toucher ou affleurer la surface de l'anneau interne et/ou du carter externe.

En particulier, le joint à brosse peut permettre de former un obstacle fermant sensiblement l'écoulement des gaz de l'intrados vers l'extrados, dans le jeu interne entre l'anneau interne et l'aube à calage variable et/ou dans le jeu externe entre le carter externe et l'aube à calage variable. La longueur des poils du joint à brosse peut notamment être définie en fonction des dimensions du jeu externe et/ou des dimensions du jeu interne et/ou de la pression différentielle. Le joint à brosse peut présenter un contour extérieur dont la forme épouse au moins partiellement la forme du profil aérodynamique de ladite aube à calage variable. L'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un compresseur de turbomachine, notamment un compresseur haute pression, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un étage redresseur à calage variable tel que défini précédemment. L'invention a enfin pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un compresseur tel que défini précédemment. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, en coupe, un exemple d'un étage redresseur à calage variable selon l'art antérieur, - la figure 2 est une vue agrandie, partielle et en perspective, de la zone A de la figure 1, - les figures 3A et 3B illustrent, selon une vue agrandie et en perspective, un exemple d'aube à calage variable d'un étage redresseur à calage variable selon l'invention, respectivement avant et après mise en place d'un joint à brosse dans le jeu interne de l'aube, et - la figure 4 illustre, très schématiquement en coupe, un exemple de mise en place d'un joint à brosse au niveau du jeu interne ou externe d'une aube à calage variable d'un étage redresseur à calage variable selon l'invention. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER Dans toute la description, il est noté que les termes amont et aval sont à considérer par rapport à une direction principale d'écoulement normal des gaz (de l'amont vers l'aval) pour une turbomachine. Par ailleurs, on appelle axe de la turbomachine, l'axe de symétrie radiale de la turbomachine. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la turbomachine, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe. En outre, sauf précision contraire, les adjectifs et adverbes axial, radial, axialement et radialement sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale précitées. De plus, sauf précision contraire, les adjectifs interne et externe sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne (i.e. radialement interne) d'un élément est plus proche de l'axe de la turbomachine que la partie ou la face externe (i.e. radialement externe) du même élément. Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites précédemment en relation avec l'état de la technique antérieur. On a représenté sur les figures 3A et 3B, selon une vue agrandie et en perspective semblable à celle de la figure 2, un exemple d'aube à calage variable 11 d'un étage redresseur à calage variable 10 selon l'invention, respectivement avant et après mise en place d'un joint à brosse 4 dans le jeu interne J1 de l'aube 11. En effet, comme expliqué précédemment, le calage de l'étage redresseur à calage variable 10 selon l'invention étant évolutif en fonction du régime du moteur de la turbomachine, des jeux interne J1 et externe J2 existent respectivement au niveau des extrémités interne et externe de l'aube à calage variable 11. Ces jeux interne J1 et externe J2 peuvent avoir des ouvertures différentes en fonction du régime du moteur de la turbomachine. Par exemple, en cas d'accélération, il est possible que le jeu interne .11, au pied de l'aube 11, se ferme alors que le jeu externe J2, en tête de l'aube 11, s'ouvre.

Ces différences de comportement des jeux interne J1 et externe J2 en fonction du régime du moteur de la turbomachine impliquent des situations où la recirculation des gaz autour de l'aube 11 est importante, et donc où l'impact aérodynamique en termes de performance et d'opérabilité est important. L'exemple des figures 3A et 3B est relatif au jeu interne J1 situé en pied d'aube 11 de l'étage redresseur à calage variable 10 selon l'invention. Bien entendu, le principe de mise en place d'un joint à brosse 4 au niveau du jeu interne J1 est également valable pour la mise en place d'un joint à brosse 4 au niveau du jeu externe J2 en tête d'aube 11 de l'étage redresseur à calage variable 10 selon l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 3A, en l'absence d'un joint à brosse 4 dans le jeu interne J1 de l'aube 11, un phénomène de migration des gaz selon la flèche FA, depuis l'intrados I de l'aube 11 (i.e. depuis la face concave de l'aube 11) vers l'extrados E de l'aube 11 (i.e. depuis la face convexe de l'aube 11), se produit du fait d'une différence de pression statique entre l'intrados I et l'extrados E de l'aube 11. Conformément à l'invention, comme on peut le voir sur la figure 3B, l'aube à calage variable 11 comporte un joint d'étanchéité à brosse 4 formant obstacle de circulation des gaz depuis l'intrados I vers l'extrados E de l'aube 11, le joint à brosse 4 étant positionné au niveau du jeu interne J1 de l'aube 11. De cette façon, la migration du flux de gaz depuis l'intrados I vers l'extrados E de l'aube 11 est inexistante, ou alors infime comme représenté par la flèche FB, ce qui permet d'améliorer significativement les performances de la turbomachine. En effet, comme on peut le voir sur la figure 3B, le joint à brosse 4 s'étend avantageusement sur plus de la majeure partie du jeu interne J1 de l'aube à calage variable 11, et notamment sur sensiblement la totalité du jeu interne J1 de l'aube 11.

La figure 4 illustre, très schématiquement et en coupe, un exemple de mise en place d'un joint à brosse 4 au niveau du jeu interne il ou externe J2 d'une aube à calage variable 11 d'un étage redresseur à calage variable 10 selon l'invention. Comme on peut le voir sur cette figure 4, le joint à brosse 4 peut présenter un contour extérieur 13 dont la forme épouse au moins partiellement la forme du profil aérodynamique 14 de l'aube à calage variable 11. De plus, le joint à brosse 4 peut présenter une forme sensiblement linéaire. Le joint à brosse 4 peut être fixé sur l'extrémité externe de l'aube à calage variable 11 en vis-à-vis du carter externe 6 et/ou sur l'extrémité interne de l'aube à calage variable 11 en vis-à-vis de l'anneau interne 7, par tout type de moyen connu en soi. De préférence, la fixation du joint à brosse 4 est réalisée par sertissage, ou en variante, de façon rapportée autour de l'aube 11. Toutefois, la mise en place du joint à brosse 4 par sertissage peut nécessiter un épaississement local de l'aube 11 en interne (pied d'aube) et/ou en externe (tête d'aube) de manière à obtenir une pale évasée.

Le joint à brosse peut être choisi par exemple parmi les joints à brosse métalliques et/ou, de préférence, les joints à brosse à fibres de carbone ou céramique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier. L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS1. Etage redresseur à calage variable (10) pour compresseur de turbomachine, comportant une rangée annulaire d'aubes à calage variable (11), chaque aube à calage variable (11) comportant à ses extrémités radialement externe et radialement interne, respectivement un pivot externe (8) et un pivot interne (9) sensiblement cylindriques, le pivot externe (8) et le pivot interne (9) étant respectivement engagés dans des logements d'un carter externe (6) et d'un anneau interne (7) de l'étage redresseur à calage variable (10), chaque aube à calage variable (11) définissant un jeu externe (J2) et un jeu interne (.11), respectivement entre le carter externe (6) et l'extrémité externe de l'aube à calage variable (11), et entre l'anneau interne (7) et l'extrémité interne de l'aube à calage variable (11), caractérisé en ce qu'au moins un joint d'étanchéité à brosse (4) formant obstacle de circulation des gaz au moins de l'intrados (I) vers l'extrados (E) d'une aube à calage variable (11) est positionné au niveau du jeu externe (J2) et/ou du jeu interne (.11) de ladite aube à calage variable (11).
2. Etage redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un joint d'étanchéité à brosse (4) formant obstacle de circulation des gaz au moins de l'intrados (I) vers l'extrados (E) d'une aube à calage variable (11) est positionné au niveau du jeu externe (J2) de ladite aube à calage variable (11).
3. Etage redresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un joint d'étanchéité à brosse (4) formant obstacle de circulation des gaz au moins de l'intrados (I) vers l'extrados (E) d'une aube à calage variable (11) est positionné au niveau du jeu interne (.11) de ladite aube à calage variable (11).
4. Etage redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un joint d'étanchéité à brosse (4) est fixé sur l'extrémité externe de ladite aube à calage variable (11) en vis-à-vis du carter externe (6) et/ou sur l'extrémitéinterne de ladite aube à calage variable (11) en vis-à-vis de l'anneau interne (7), notamment par sertissage.
5. Etage redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un joint d'étanchéité à brosse (4) s'étend sur au moins la majeure partie du jeu externe (J2) et/ou du jeu interne (.11) de ladite aube à calage variable (11).
6. Etage redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un joint d'étanchéité à brosse (4) présente un contour extérieur (13) dont la forme épouse au moins partiellement la forme du profil aérodynamique (14) de ladite aube à calage variable (11).
7. Etage redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un joint d'étanchéité à brosse (4) est à fibres de carbone ou céramique.
8. Compresseur de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un étage redresseur à calage variable (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
9. Compresseur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est un compresseur haute pression.
10. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un compresseur selon la revendication 8 ou 9.