La présente invention se rapporte à des stators de turbomachines. Elle se rapporte plus particulièrement à une architecture de redresseur dans un compresseur axial d'une turbomachine.
Les compresseurs axiaux sont bien connus en soi et sont utilisés dans plusieurs types d'applications. En particulier, ils sont utilisés dans les turboréacteurs.
Ces compresseurs basse ou haute pression comportent plusieurs étages d'aubes tournantes qui sont séparés par des étages redresseurs qui ont pour but de repositionner le vecteur vitesse du fluide sortant de l'étage précédent avant de l'envoyer vers l'étage suivant.
Ces étages redresseurs sont constitués essentiellement d'aubes fixes reliant une virole extérieure à une virole intérieure, toutes deux concentriques et délimitant la zone d'écoulement d'air ou veine aérodynamique.
Deux grands types d'architecture d'assemblage des aubes fixes à la virole extérieure existent. D'une part, l'architecture où la plate-forme de l'aube est rivetée à la virole extérieure du côté opposé à la veine aérodynamique; une telle architecture est illustrée à la
Sauf dans le cas où les aubes sont soudées à la virole extérieure, les contacts entre la plate-forme de l'aube et la virole extérieure peuvent être respectivement de type plan-courbe, courbe-courbe ou plan-plan.
L'inconvénient des assemblages de type plan-courbe ou courbe-courbe est que les deux surfaces en contact ne s'épousent pas parfaitement. Dans le cas d'un contact de type plan-courbe, on peut aisément comprendre que les deux surfaces ne s'épousent pas parfaitement. Dans le cas d'un contact de type courbe-courbe, les tolérances de fabrication sont telles que les deux surfaces n'ont pas exactement le même rayon de courbure et, par conséquent, ne s'accommodent pas parfaitement l'une de l'autre.
S'il n'y a pas une bonne jonction entre les deux surfaces autour du point de fixation, cela peut induire en cas de vibrations une usure prématurée entre les deux surfaces, appelée « fretting ». Pour éviter ce phénomène, il est nécessaire d'appliquer une précontrainte lors de la fixation de la plate-forme d'aube à la virole.
Un contact de type plan-plan où les deux surfaces s'accommodent parfaitement l'une de l'autre permet de réduire les contraintes induites lors de l'assemblage et d'éviter une instabilité du positionnement de l'aube autour du point de fixation.
La demande
Le brevet
Ces larges ouvertures ont pour inconvénient de fragiliser le matériau constituant la virole extérieure. De plus, l'architecture de redresseur divulguée nécessite l'utilisation d'un matériau élastomère pour combler les interstices entre le profil de l'aube et les ouvertures dans la virole extérieure; ceci afin d'obtenir une surface parfaitement lisse du côté de la veine aérodynamique.
La présente invention vise à fournir une solution qui permette de s'affranchir des inconvénients de l'état de la technique.
La présente invention vise plus particulièrement à fournir une architecture d'assemblage aube-virole extérieure où les contraintes d'assemblage sont réduites.
La présente invention a également pour but de fournir une architecture d'assemblage aube-virole extérieure où les seules ouvertures dans la virole extérieure sont celles requises par les systèmes de fixation (rivets, boulons, "lockbolt"...) .
La présente invention vise également à fournir une architecture d'assemblage aube-virole extérieure où les plate-formes sont disposées de manière à améliorer les performances aérodynamiques.
La présente invention divulgue un étage redresseur de turbomachine comportant un ensemble d'aubes fixes reliant une virole intérieure à une virole extérieure, lesdites aubes fixes comportant des plate-formes de fixation présentant des surfaces planes coopérant avec une pluralité de facettes planes juxtaposées, lesdites facettes planes se trouvant sur la face interne de la virole extérieure afin d'assurer une fixation avec un contact de type plan/plan entre les aubes fixes et la virole extérieure, caractérisé en ce que lesdites plate-formes sont disposées de manière jointive afin d'offrir une surface continue sans aspérité au flux d'air.
Selon des modes particuliers de l'invention, l'étage redresseur comporte au moins une ou une combinaison appropriée des caractéristiques suivantes :
La présente invention divulgue également un procédé de fabrication d'un étage redresseur de turbomachine selon la revendication 3 comportant une étape de moulage par transfert de résine de la virole extérieure ou une étape de co-moulage ("cocuring") par transfert de résine pour l'assemblage de la virole extérieure aux aubes fixes.
La présente invention concerne une architecture d'assemblage des aubes de redresseur à la virole extérieure dans un turbocompresseur.
La
Dans la présente invention, la virole extérieure, au lieu d'être une surface courbe continue, est constituée d'une pluralité de facettes planes disposées du côté de la veine aérodynamique; les facettes planes étant juxtaposées.
Selon une variante de réalisation de l'invention, la virole extérieure est formée d'une pluralité de facettes planes du côté de la veine aérodynamique et du côté opposé à la veine aérodynamique. Dans ce cas, on parlera d'une virole extérieure constituée d'une pluralité de segments plans, ces derniers étant également juxtaposés.
Par la suite, on utilisera indifféremment face interne de la virole extérieure ou du côté de la veine aérodynamique. On utilisera également indifféremment face externe de la virole extérieure ou du côté opposé à la veine aérodynamique.
De préférence, la virole extérieure est en matériau composite et obtenue par une technique de moulage par transfert de résine (Resin Transfer Moulding - RTM).
Pour établir un contact de type plan-plan entre l'aube et les facettes planes ou segments plans de la virole extérieure, les aubes comportent une plate-forme présentant une surface plane du côté opposé à la pale de l'aube.
Selon l'invention, le contact entre la plate-forme de l'aube et les facettes planes ou segments plans de la virole extérieure s'effectue exclusivement du côté de la veine aérodynamique.
La
Les plate-formes 7 sont disposées côte à côte afin d'offrir une surface continue sans aspérité au flux d'air ce qui permet d'améliorer les performances aérodynamiques par rapport à une configuration soudée où le cordon de soudure débouche dans la veine.
Les seules ouvertures requises dans la virole extérieure sont celles pour les systèmes de fixation de la plate-forme de l'aube à la face interne de la virole extérieure.
Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, le système de fixation est une attache boulonnée 11 (voir
La
Selon la seconde configuration de la
Selon une autre forme de réalisation présentée à la
En variante, les plate-formes sont fixées au moyen de rivets (non représenté).
Selon d'autres formes de réalisation, les aubes peuvent être fixées au moyen de systèmes de fixation combinant attaches boulonnées, rivets et "lockbolts".
L'invention présente l'avantage que seulement un ou deux éléments de fixation, à savoir l'attache boulonnée, le rivet ou le "lockbolt", sont requis pour fixer une plate-forme d'aube à une facette plane ou à un segment plan de la virole extérieure.
Selon une autre variante de réalisation de l'invention, les plate-formes sont collées à la virole extérieure ou encore la plate-forme de l'aube est assemblée à la virole extérieure par co-moulage ("cocuring" en anglais). Cette dernière technique d'assemblage est basée sur le procédé RTM et consiste à réaliser simultanément les pièces composites (aube et virole extérieure) et la jonction entre les deux pièces.
Le contact plan-plan permet une réduction des contraintes d'assemblage.
La réduction des contraintes statiques lors de l'assemblage permet l'utilisation de matériaux composites pour la virole extérieure et d'alliages légers ou composites pour les aubes et par conséquent, une réduction de la masse.
Dans le cadre de la fabrication d'une virole extérieure en composite par la technique de moulage par transfert de résine (RTM), les facettes planes ou segments plans sont directement moulés à cotes finies, ce qui réduit fortement les opérations d'usinage par rapport aux gammes de fabrication de l'état de l'art
Les lignes de jonction entre plate-formes d'aubes ne sont pas parallèles au vecteur vitesse du flux d'air, ce dernier étant de biais par rapport aux lignes de jonction. Ceci a pour avantage de restreindre les lignes de fuite par rapport à une configuration où le vecteur vitesse du flux d'air est parallèle aux lignes de jonction, comme c'est le cas dans l'état de l'art
La présence de plate-formes jointives du côté de la veine aérodynamique permet de réduire la surface de contact entre le flux d'air et la virole extérieure ce qui engendre une réduction de l'érosion de cette dernière.
De même, la présence de plate-formes jointives assure une bonne étanchéité sans recourir à l'utilisation de matériau élastomère.
Les seules ouvertures requises dans la virole extérieure sont celles pour les trous de fixation. Dans le cas d'un assemblage par collage ou co-moulage, la virole extérieure est exempte de toute ouverture.
La suppression des larges ouvertures dans la virole extérieure a pour avantage de ne pas diminuer la résistance structurelle de la virole. Ceci présente plus particulièrement un avantage pour les viroles en composite à fibres longues où les ouvertures dans la virole sectionnent les fibres et diminuent donc particulièrement la résistance mécanique du matériau.
En cas de perte d'aube de soufflante (Fan Blade Out), la suppression des grandes ouvertures et le fait que les plate-formes soient fixées sur la face interne de la virole extérieure permet de confiner l'écrasement des aubes au sein du compresseur basse pression.
Grâce à ce système d'interface aube/virole extérieure, le montage des aubes est parfaitement interchangeable, c'est-à-dire que la plate-forme et le système de fixation peuvent être identiques tout en ayant des profils ou matériaux d'aubes différents.
Le système de fixation étant mécanique, cette solution représente un avantage pour le démontage et remontage des aubes lors d'une réparation, par rapport à une configuration soudée.
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