L'invention rapporte au domaine des stators avec des aubes à orientation commandée pour turbomachine axiale. L'invention concerne également l'assemblage d'un stator à aubes ajustables. L'invention a également trait à une turbomachine axiale, notamment un turboréacteur d'avion ou un turbopropulseur d'aéronef.
De manière courante, plusieurs rangées d'aubes orientables peuvent équiper un carter statorique de compresseur de turboréacteur. De telles aubes peuvent pivoter pendant le fonctionnement du moteur. Leurs pales cambrées basculent par rapport au flux primaire qu'elles traversent, ce qui permet d'adapter leur action en fonction du régime moteur et des conditions de vol. La plage de fonctionnement est ainsi étendue, et le rendement est optimisé.
La performance du compresseur repose sur la précision de positionnement angulaire des aubes par rapport au carter, ainsi que sur le positionnement des aubes les unes par rapport aux autres. La précision de positionnement relative des aubes s'entend à la fois au sein de leur rangée mais également par rapport aux autres rangées. En particulier, le rendement nécessite que les aubes forment un aubage respectant au mieux une géométrie prédéfinie.
Le document
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L'invention a pour objectif de résoudre au moins un des problèmes posés par l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif d'améliorer le rendement d'une turbomachine avec un stator à géométrie pilotable. L'invention a également pour objectif de proposer une solution compacte, résistante, légère, économique, fiable.
L'invention a pour objet un ensemble pour turbomachine à flux axial, , correspondant aux caractéristiques de la revendication 1, notamment pour compresseur de turbomachine à flux axial, l'ensemble comprenant : une première rangée annulaire de premières aubes de stator s'étendant radialement dans le flux axial ; une deuxième rangée annulaire de deuxièmes aubes de stator à orientation pilotée qui s'étendent radialement dans le flux axial ; une virole externe monobloc sur laquelle les premières aubes et les deuxièmes aubes sont montées et ; un rotor avec une troisième rangée annulaire de troisièmes aubes disposées entre les premières aubes et les deuxièmes aubes remarquable en ce qu'il comprend en outre une quatrième rangée annulaire de quatrièmes aubes, lesdites quatrièmes aubes étant montées sur la virole externe monobloc.
Selon un mode avantageux de l'invention, la deuxième rangée d'aubes est disposée en amont de la première rangée d'aubes.
Selon un mode avantageux de l'invention, la virole externe présente une bride de fixation à son extrémité amont, éventuellement au niveau de la deuxième rangée d'aubes, et optionnellement une bride de fixation à son extrémité aval. Selon un mode avantageux de l'invention, la virole externe comprend une première rangée annulaire d'orifices auxquels les premières aubes sont montées, et une deuxième rangée annulaire d'orifices auxquels les deuxièmes aubes sont montées.
Selon un mode avantageux de l'invention, la virole externe comprend une paroi annulaire qui est venue de matière, et qui s'étend éventuellement des premières aubes aux deuxièmes aubes.
Selon un mode avantageux de l'invention, au niveau et/ou entre les premières aubes et les deuxièmes aubes, la virole externe comprend une portion axiale libre de bride annulaire, ladite portion comprenant éventuellement une surface extérieure généralement tubulaire ou sensiblement tronconique.
Selon un mode avantageux de l'invention, la virole externe comprend un tronçon annulaire d'épaisseur constante, ou dont l'épaisseur varie d'au plus 30%, ou au plus 15% ; ledit tronçon annulaire étant disposé entre les premières aubes et les deuxièmes aubes.
Selon un mode avantageux de l'invention, le tronçon annulaire s'étend axialement sur la majorité de l'espace entre les premières aubes et les deuxièmes aubes.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'ensemble comprend une deuxième virole interne montée aux extrémités internes des deuxièmes aubes, ladite deuxième virole interne présentant une continuité de matière circulaire.
Selon un mode avantageux de l'invention, la deuxième virole interne est scindée axialement en éléments présentant chacun une continuité de matière circulaire.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'ensemble comporte une bague de synchronisation disposée autour de la virole externe.
Selon un mode avantageux de l'invention, la bague est disposée axialement entre les premières aubes et les deuxièmes aubes.
Selon un mode avantageux de l'invention, la virole externe comprend une surface intérieure de forme annulaire dont le diamètre décroit vers l'aval, notamment le long d'au moins une ou de chaque rangée d'aubes.
Selon un mode avantageux de l'invention, le diamètre de la surface interne décroit de manière monotone ou continue.
Selon un mode avantageux de l'invention, la virole externe présente une continuité de matière circonférentielle, et éventuellement sur toute sa longueur axiale.
Selon un mode avantageux de l'invention, la virole externe présente une continuité de matière le long axialement des premières aubes et des deuxièmes aubes.
Selon un mode avantageux de l'invention, la virole externe est au moins monobloc de la première rangée d'orifices à la deuxième rangée d'orifices. Selon un mode avantageux de l'invention, la virole externe forme une boucle fermée continue et/ou monobloc et/ou venue de matière.
Selon un mode avantageux de l'invention, les deuxièmes aubes sont montées mobiles en rotation dans les orifices de la deuxième rangée d'orifices.
Selon un mode avantageux de l'invention, les orifices de la deuxième rangée sont configurés pour permettre un guidage en rotation des deuxièmes aubes, et/ou sont plus hauts radialement que les orifices de la première rangée d'orifices.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'orientation des deuxièmes aubes peut varier par rapport aux premières aubes et/ou par rapport à la virole externe.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'orientation des deuxièmes aubes peuvent varier d'au moins 10° ou 20° ou 30°.
Selon un mode avantageux de l'invention, les premières aubes et/ou les quatrièmes aubes sont à orientation fixe, et/ou comprennent chacun une virole interne.
Selon un mode avantageux de l'invention, les quatrièmes aubes sont disposées en aval des premières aubes.
Selon un mode avantageux de l'invention, la deuxième virole comprend des moyens de guidage en rotation, notamment des orifices, coopérant avec les deuxièmes aubes.
L'invention a également pour objet une turbomachine comprenant un stator avec un ensemble, remarquable en ce que l'ensemble est conforme à l'invention.
Selon un mode avantageux de l'invention, la turbomachine comprend un compresseur, la deuxième rangée d'aubes formant la rangée d'aubes en amont dudit compresseur.
Selon un mode avantageux de l'invention, la turbomachine comprend un carter comportant une veine annulaire traversée par le flux axial de la turbomachine, et une face axiale, la virole externe étant montée sur ladite face axiale, éventuellement autour de ladite veine annulaire.
Selon un mode avantageux de l'invention, la turbomachine comporte un rotor avec au moins deux rangées d'aubes rotoriques, par exemple séparés axialement par la première rangée annulaire de première aubes ou par la deuxième rangée annulaire de deuxième aubes, chaque rangées d'aubes rotoriques formant au moins deux ensembles monoblocs et/ou deux ensembles venus de matière, éventuellement les au moins deux rangées d'aubes rotoriques formant un même ensemble monobloc et/ou venu de matière. Les rangées d'aubes statoriques et les rangées d'aubes rotoriques peuvent être placées par alternance.
De manière générale, les modes avantageux de chaque objet de l'invention sont également applicables aux autres objets de l'invention. Dans la mesure du possible, chaque objet de l'invention est combinable aux autres objets. Les objets de l'invention sont également combinables aux modes de réalisation de la description, qui en plus sont combinables entre eux.
L'invention permet d'améliorer le rendement de la turbomachine. A cet effet, elle permet une plus grande précision de positionnement des aubes d'au moins deux rangées annulaires d'aubes. Le fonctionnement de la turbomachine est amélioré sur une plage de fonctionnement plus étendue. La solution proposée par l'invention respecte également les contraintes d'assemblage, et préserve la simplicité de certaines opérations.
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 axiale. 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.
Chaque aube, rotorique comme statorique, présente un bord d'attaque, un bord de fuite, une surface intrados et une surface extrados ; lesdites surfaces reliant le bord d'attaque au bord de fuite ; tout comme les cordes de l'aube. Dans la description qui suit, on peut se référer à une corde médiane.
La
Un ventilateur d'entrée communément désigné fan, ou soufflante, 16 est couplé au rotor 12 et génère un flux d'air qui se divise en un flux primaire 18 traversant les différents niveaux sus mentionnés de la turbomachine, et un flux secondaire 20 traversant un conduit annulaire (partiellement représenté) en générant une poussée utile à la propulsion d'un avion.
La
Le compresseur comprend un stator 22 avec une virole externe 23 monobloc. Elle est d'un seul tenant. Elle décrit une boucle fermée. Elle présente une continuité de matière circulaire et/ou une homogénéité circulaire. Elle peut être monobloc sur toute sa longueur. Elle peut comprendre une portion venue de matière. La virole externe 23 est emmanchée autour de l'axe de rotation 14 et entoure le rotor 12.
Le rotor 12 peut comprendre plusieurs rangées d'aubes rotoriques 24, par exemple deux ou trois ou d'avantage de rangées rotoriques. Une seule rangée d'aubes rotoriques 24 étant ici visible. Ces aubes rotoriques 24, également appelées troisièmes aubes 24 décrivent une rangée annulaire, dite troisième rangée. Malgré la rotation du rotor 12, l'inclinaison dans l'espace des cordes des aubes rotoriques 24 reste invariante par rapport à l'axe de rotation 14. Les troisièmes aubes 24 peuvent former un disque monobloc ; c'est-à-dire qu'elles sont indissociables de leur jante support 25. Un tel agencement est également connu sous le terme « blisk ».
Le compresseur 4 comprend plusieurs redresseurs, par exemple au moins deux, ou au moins trois ou au moins quatre redresseurs. Chaque redresseur comprend une rangée annulaire d'aubes statoriques (26 ; 28). Ces aubes sont statoriques en ce sens qu'elles sont montés sur le stator 22 et restent donc en contact de ce dernier. Les redresseurs sont associés au fan 16 ou à une rangée d'aubes rotoriques 24 pour redresser leurs flux d'air, de sorte à convertir la vitesse du flux en pression statique.
Les aubes statoriques (26 ; 28) s'étendent essentiellement radialement depuis la virole externe 23 vers l'intérieur. Les aubes statoriques (26 ; 28) comprennent des premières aubes statoriques 26 à orientation fixe qui forment une première rangée annulaire, et des deuxièmes aubes statoriques 28 à orientation pilotée qui forment une deuxième rangée annulaire. Elles aubes statoriques peuvent également comprendre une quatrième rangée de quatrièmes aubes (non représentées), et optionnellement une cinquième rangée de cinquièmes aubes (non représentées). Ces autres rangées d'aubes peuvent être placées en aval des premières aubes 26, qui sont-elles même en aval des deuxièmes aubes 28. Chacune de ces rangées sont écartées axialement les unes des autres. Par exemple, les premières aubes 26 peuvent être séparées axialement des deuxièmes aubes 28 par la rangée annulaire des troisièmes aubes 24.
Les deuxièmes aubes 28 sont également appelées aubes à calage variable, ou selon l'acronyme anglo-saxon « VSV » pour « Variable Stator Vane ». Leur particularité est que l'inclinaison de leurs cordes peut varier par rapport à l'axe de rotation 14 du compresseur 4, et ce pendant le fonctionnement de la turbomachine. Leurs faces intrados et extrados peuvent être plus ou moins exposées au flux primaire 18. Leur orientation peut être pilotée pendant le fonctionnement de la turbomachine, par exemple de manière à balayer un angle d'au moins 30°. Le stator du compresseur est mixte. Il comporte à la fois des aubes à orientation pilotée ; et donc modifiable ; et des aubes à orientation fixe. Certes, une seule rangée d'aubes à orientation pilotée est présentée, toutefois ce stator pourrait également recevoir d'avantage de rangées d'aubes à orientation pilotée.
Les deuxièmes aubes 28 peuvent pivoter par rapport au flux 18, si bien qu'elles couvrent plus ou moins la veine fluide grâce à leurs pales. Elles peuvent intercepter davantage le flux primaire 18. La largeur circonférentielle qu'elles occupent peut varier. Leur bords d'attaque et leur bords de fuite peuvent se rapprocher ou s'éloigner des aubes de la même rangée. En étant plus ou moins inclinées par rapport au sens d'écoulement général, elles dévient plus ou moins le flux primaire 18 pour moduler le redressement de flux qu'elles procurent. Ainsi, la turbomachine et le compresseur peuvent suivre différentes courbes de rendements lors du fonctionnement, et ceci grâce à une géométrie variable de leur aubage.
Le compresseur 4 peut comprendre des viroles internes (30 ; 32) suspendues aux extrémités internes des aubes statoriques (26 ; 28), dont une première virole interne 30 fixée aux première aubes 26, et une deuxième virole interne 32 par rapport à laquelle les deuxièmes aubes 28 sont articulées. Afin de permettre la rotation de ces dernières, celles-ci présentent des tourillons internes 34 engagés dans la deuxième virole interne 32. De même, elles présentent des tourillons externes 36 traversant la virole externe 23 au niveau de bossages 38. Les bossages 38 peuvent comprendre des deuxièmes orifices 40 permettant de former une liaison pivot avec les tourillons externes 36. Les tourillons (34 ; 36) peuvent former des tiges cylindriques, et peuvent être venus de matière avec leur pale. Des paliers (non représentés) peuvent être prévus autour des tourillons internes 34, ainsi qu'entre les deuxièmes orifices 40 et les tourillons externes 36. Ceux-ci se prolongent par des tiges de commandes auxquelles sont montés des leviers de commande 42 pilotés par une bague de synchronisation 44 qui pilote chacune des deuxièmes aubes 28 via leurs leviers de commande 42. Un actionneur (non représenté) de système de commande permet de piloter la bague de synchronisation 44, et donc l'orientation des deuxièmes aubes 28 dans le flux primaire 18.
Les premières aubes 26 sont fixées et rigidement liées à la virole externe 23 via leurs tiges 46 qui sont introduites au travers d'orifices 48 décrivant une rangée, dite première rangée d'orifices 48. Un moyen de serrage (non représenté) contribue à figer l'orientation des premières aubes 26. Les orifices (40 ; 48) peuvent être réalisés pendant une même phase sur une même machine, si bien que leur positions respectives sont mieux maîtrisées, et l'implantation de leurs aubes (26 ; 28) respecte mieux la géométrie prédéfinie.
Le stator 22 comporte une paroi annulaire 50. Optionnellement, il comporte une bride de fixation amont 52, une bride de fixation aval (non représentée), et un joint annulaire 54 qui est appliqué à l'intérieur de la paroi annulaire 50 et qui coopère de manière étanche avec les troisièmes aubes 24 du rotor 12. La bride amont 52 forme l'extrémité amont de la paroi 50, et permet une fixation sur un carter de la turbomachine, par exemple le carter amont, ou le carter intermédiaire. La paroi 50 peut être venue de matière. Elle peut s'étendre tout le long axialement des deuxièmes aubes 28 et des premières aubes 26, et éventuellement tout le long des quatrièmes aubes. La paroi 50 forme un support de montage des aubes de stator (26 ; 28).
Selon une option de l'invention, la surface interne 56 de la virole externe 23 présente un diamètre interne qui décroit vers l'aval et qui épouse les extrémités externes des troisièmes aubes 24 montées sur le rotor 12. Cette configuration impose donc de placer les troisièmes aubes 24 dans la virole externe 23 avant de monter les deuxièmes aubes 28 et leur virole interne 32. Le contraire ne serait pas techniquement possible car ces deuxièmes aubes 28 feraient obstacle à l'entrée du rotor 12 à l'intérieur de la virole externe 23.
En complément, les deuxièmes aubes 28 sont ajustables. Elles peuvent pivoter sur elles-mêmes grâce à leur tourillons externes 36 qui sont ajustés aux orifices 40. Dès lors, leur montage s'effectue par introduction radiale, soit en suivant leurs axes de pivotement 58 qui deviennent leurs axes d'introduction.
Afin de permettre son montage, la deuxième virole interne 32 est scindée. Elle est divisée axialement en un élément amont 60 et en un élément aval 62 qui forment chacun des boucles fermées. Au moins un ou chacun de ces éléments (60 ; 62) est chacun monobloc, c'est-à-dire qu'il présente une continuité de matière circulaire. L'un d'eux peut être segmenté angulairement. Au moins l'un d'eux coopère de manière étanche avec le rotor 12 avec des léchettes. Lors de l'assemblage, l'élément aval 62 est placé en regard des troisièmes aubes 24. Puis les deuxièmes aubes 28 sont introduites en disposant leur tourillons internes 34 en face axialement et au niveau radialement de l'élément aval 62. Ensuite, l'élément amont 60 est rapporté axialement contre l'élément aval 62 en maintenant les tourillons internes 34. Ces derniers sont alors enfermés entre les éléments (60 ; 62) tout en formant une liaison pivot ; c'est-à-dire une liaison mécanique à un seul degré de liberté.
La virole externe 23 comprend une portion axiale 64 homogène. Cette portion axiale 64 peut être libre de bride annulaire, et peut présenter une surface extérieure 66 généralement tubulaire ou sensiblement tronconique. Cette surface extérieure 66 peut être continue axialement. La portion axiale 64 peut s'étendre sur la majorité de l'espace séparant les premières 26 et deuxièmes aubes 28, et peut montrer une réduction de diamètre des deuxièmes aubes 28 vers les premières aubes 26.
La portion axiale 64 peut délimiter sur la paroi 50 un tronçon annulaire d'épaisseur constante. Eventuellement, l'épaisseur du tronçon annulaire peut varier axialement d'au plus 20%, ou au plus 10%. Ce tronçon annulaire est disposé entre les premières aubes 26 et les deuxièmes aubes 28, et peut s'étendre axialement sur la majorité de l'espace entre les premières aubes 26 et les deuxièmes aubes 28.
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