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La présente invention a trait à des compresseurs à écoulement axial à plusieurs étages et concerne principalement, bien que non exclusivement, des compresseurs à écoulement axial employés dans les moteurs à turbine à gaz destinés à propulser des avions.
Ces compresseurs ont une enveloppe de stator qui a une forme générale cylindrique et qui porte .les rangs d'aubes de stator ; la pratique antérieure a été de construire les enveloppes
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de stator des compresseurs de moteurs à turbine à gaz d'aviation en alliage léger, par exemple en alliage d'aluminium ou de ma- gnésium, aux fins de résistance, de rigidité et de légèreté.
Toutefois, du fait des hautes températures et pressions d'entrée qui s'établissent pour les avions à grande vitesse, et du fait .de la création de compresseurs dans lesquels se produisent des accroissements élevés de la température et de la pression, l'em- ploi d'alliages légers à la sortie du compresseur se trouve écar- té par suite de l'effet combiné de la température et de la pres- sion relativement élevées.
Selon la présente invention, donc, un compresseur à écoulement axial à plusieurs étages comporte une enveloppe de stator comprenant une partie amont dans laquelle les rangs amont d'aubes de stator sont montés, une partie aval intérieure qui @ forme une limite du passage du fluide d'oeuvre et ,dans laquelle les rangs aval d'aubes de stator sont montés, et une partie aval extérieure entourant ladite partie aval intérieure de manière à 'créer entre elles un espace, seule ladite partie aval extérieure étant fixée à la structure voisine qui supporte le compresseur sur son côté aval et ladite partie aval extérieure au moins étant faite d';une matière à haute résistance.
Dans un agencement préféré, la partie amont est cons- truite d'un alliage léger et les parties aval intérieure et exté rieure sont faites d'une matière à haute.résistance. Dans un se- cond agencement préféré, la partie amont et la partie aval inté- rieure sont faites d'une pièce qui est faite d'une matière à haute résistance, la partie aval extérieure étant faite, comme il a été dit, d'une matière à haute résistance. Les matières à haute résistance convenables à cet effet comprennent certains alliages ferreux et certains alliages du titane.
Selon une construction.préférée de l'invention, ladite partie amont est séparée des parties aval, est faite d'un- 'alliage
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léger et comporte une bride à son extrémité aval, et lesdites parties aval intérieur et extérieure sont faites de matière à haute résistance et comportent, à leurs extrémités amont, des brides ou des dispositifs analogues récepteurs de boulons, et la partie amont et les parties aval intérieure et extérieure sont -fixées directement entre elles par des boulons ou analogues, les brides ou analogues étant aboutées.
Selon une autre particularité de l'invention, ledit espace compris entre les parties aval intérieure et extérieure est en communication avec le passage du fluide d'oeuvre à la sortie du compresseur, de manière à égaliser sensiblement, au moins au point de.communication, les pressions régnant de part et d'autre de la partie aval intérieure. Ledit espace peut former un collecteur annulaire destiné à prélever le fluide d'oeuvre du compresseur; cet air prélevé peut être utilisé à divers usages, comme la chose est bien connue et, par exemple, aux fins d'anti- givrage, ou pour actionner une turbine à air destinée à commander des dispositifs auxiliaires, ou pour mètre sous pression la cabi- ne de l'avion.
Selon une autre particularité de l'invention, la par-. tie aval extérieure de l'enveloppe du compresseur peut entourer une structure de conduit de diffuseur du compresseur, et cette structure peut comprendre des parois annulaires intérieure et extérieure du passage du fluide d'oeuvre, interconnectées par plusieurs entretoises radiales qui s'étendent vers l'extérieur, au-delà des parois, pour être fixées à la partie extérieure.
Dans un des agencements selon la présente particularité de l'in- ventidn, on peut prévoir un dispositif délimitant un collecteur entre la paroi extérieure et la partie aval extérieure, ledit collecteur étant en communication avec l'intérieur des entretoi- ses pour en recevoir l'air de'fuite qui a traversé un joint entre l'extrémité de sortie du rotor dû compresseur et la structure fixe adjacente. L'air de fuite peut être prélevé du collecteur
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tout usage convenable.
Une construction de compresseur à écoulement axial à étages multiples va maintenant être décrite à titre d'exemple} cu se référant aux dessins annexés.
La figure 1 est une section axiale d'un fragment du compresseur.
La figure 2 est une section suivant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une section suivant la ligne III-III de la figure 1.
La figure 4 est une section suivant la ligne IV-IV de la figure 1.
Le compresseur comprend un rotor 10 portant,à sa péri-
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phérie un certain nombré'-cé' rânt;s..d'aubes de rotor 11.""DeS'rangs d'aubes de stator 12 alternent avec les rangs d'aubes de rotor
11 et les aubes de stator 12 sont portées-'par une enveloppe de stator qui est formée par un certain nombre de parties 13, 15, 16.
La partie amont 13 de l'enveloppe, la plus voisine de l'entrée du compresseur, est faite d'un alliage léger, par exem- ple d'un alliage à l'aluminium, et comporte des rainures 14. qui y sont usinées et dans lesquelles sont montées les aubes de sta- tor 12 des étages basse pression. Il faut observer que la partie
13 a une extension considérable au-delà du fragment représenté
1 par la figurer par exemple, il peut y avoir six autres ranp-s d'aubes 12 en amont du rang représenté, montés dans une rainure
14 semblable.
La partie aval intérieure 15 est une bague d'acier forgé, entièrement usinée, fendue en deux pièces suivant un plan diamétral et comportant un certain nombre de rainures annu- laires 17 dans lesquelles sont montés des rangs d'aubes de sta- tor 12 des étages haute pression du compresseur; la partie aval extérieure 16 a la forme d'un tambour d'acier cylindrique entou- rant la partie porte-aubes 15 tout en en étant espacé et s'éten- dant depuis l'extrémité aval de la partie 13 jusqu'au-delà, dans la direction axiale, de l'extrémité, aval de la partie 1.5. Les
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parties 13, 15 et 16 de l'enveloppe de stator sont fixées entre elles de la manière suivante .
Les partiesl3, 15 comportent res- pectivement des brides extérieures circonférentielles 18, 19 qui comportent des trous forés; la partie 16 comporte des renfle- - ments 20 dont chacun comporte aussi un trou foré dans la base du- quel se trouve un trou taraudé de diamètre plus petit. Des goujons de situation tubulaires 21 s'étendent à travers les trous forés des brides 18, .19 pour pénétrer dans les parties de grand diamè- tre des trous prévus dans les renflements 20 et des vis de fixa- tion 22 s'étendent à travers les goujons 21 et s'engagent dans les trous taraudés des renflements 20.
Les goujons de situation peur
21 peuvent avoir une forme ovale/parer à la dilatation thermique de la partie en alliage léger 13 de l'enveloppe de stator, rela- tivement plus grande que celle des parties d'acier 1$, 16, ainsi , qu'il est décrit plus en détail dans le brevet belge n 517.599.
Les goujons de situation 21 peuvent comporter des têtes dont chacune comporte un méplat 23 destiné à s'abouter avec l'envelop- pe pour en prévenir la rotation dans les trous forés. Comme l'in- dique le dessin, lorsque les parties sont froides, il y a un jeu du côté radialement intérieur du goujon 21 par rapport à la bride 18 et du côté radialement extérieur du goujon 21 par rapport à la bride 19 et au reflement 20 et l'inverse a lieu lors de l'établis- sement de la température maximum en service.
Les surfaces intérieures des parties 13,15 et des plates-formes des aubes 12 portées par ces dernières forment la limite extérieure du passage du fluide d'oeuvre du compresseur, et la surface du rotor 10 forme'la limite intérieure du passage dans le voisinage des aubes 11, 12.
Le compresseur comprend aussi, comme d'habitude, une
Structure de conduit de diffuseur et, dans ce dernier , la limite du passage du fluide d'oeuvre est formée par des parois de tôle métallique annulaires intérieure et extérieure 24, 25 ; ces pa- rois-divergent l'une par rapport à l'autre dans le sens de l'é- cou lement et, bien qu'elles soient légèrement courbes, elles
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peuvent être considérées comme étant sensiblement tronconiques, l'extrémité de petit diamètre de la paroi extérieure 25 étant son extrémité amont et le petit diamètre de la paroi intérieure 24 étant celui de son extrémité aval.
La paroi extérieure 25 comporte une bague 26 soudée à son extrémité amont et venant en prise avec l'extrémité aval de la partie 15 de l'enveloppe du stator ; unebagué formant joue annulaire 27 est soudée à l'extrémité amont de la paroi intérieure 24 et est destinée aux extrémités intérieures des aubes de stator 12 du dernier étage du compresseur.
La bague 26 a sensiblement une section en U et comporte une première. bride annulaire 28 qui forme la limite du passage du fluide d'oeuvre et s'étend depuis la paroi 25 vers la partie 15 sans atteindre cette dernière pour laisser entre elles un in- tervalle annulaire ; la bague 26 comporte aussi une bride annu- laire extérieure plus longue 29 qui s'engage, pour glissement, sur l'extrémité aval de la partie 15. La bride 29 comporte des ouvertures circonférentiellement espacées 30.
Des entretoises 31 s'étendent radialement vers l'exté- rieur depuis la paroi 24, à travers la paroi 25, jusqu'à la par- tie d'enveloppe 16; les entretoises 31 sont agencées pour suppor- ¯ter les parois 24,25 en position ; peut y avoir, par exemple, huit de ces entretoises. Chaque entretoise, qui a une section profilée, a une partie principale 32 qui s'étend dans une ou- verture de forme correspondante de la paroi 24 et par une ouver- ture de forme correspondante de'la paroi 25, les ouvertures ayant respectivement des lèvres 34, 35 par lesquelles les parois 24, 25 sont soudées à l'entretoise; chaque entretoise 31 comporte aussi une partie formant couvercle 36 qui est soudée à l'extré- mité extérieure de l'entretoise 31 et ferme ladite extrémité.
Une paire de bagues 37, 38 sont soudées à la surface intérieure de la paroi intérieure 24 dans les plans respectifs des extrémités avant et arrière des entretoises 31. La bague 37
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comporte une bride dentelée dirigée vers l'intérieur 29 (voir fi- gure 2) et la bague 38 a la forme périphérique d'un organe à diaphragme tronconique 40.
Un organe 41 est fixé à la bride 39 et comporte une partie formant diaphragme tronconique, boulonnée à sa périphérie .intérieure à la partie intérieure de l'organe 40; l'organe 41 comporte aussi une partie cylindrique à gradin, s'étendant axialement vers l'aval et boulonnée, à son extrémité éloignée de la bride 39, à la partie extérieure de l'organe 40.
Les organes
40, 41 supportent un palier 42 destiné à l'arbre du compresseur
43 et supportent aussi des organes d'étanchéité convenables 44 qui coopèrent avec l'arbre: L'extrémité extérieure d'un premier bras d'un organe annulaire 45 à section en V est aussi fixée à la bride 39; l'autre bras de l'organe 45 est fixé à l'extrémité @ intérieure d'un diaphragme 46 dont l'extrémité extérieure est fixée à une bride d'étendant vers l'intérieur depuis la bague formant joue 27. A la jonction de l'organe 45 et du diaphragme
46 est porté un organe d'étanchéité 47 qui coopère avec un orga- ne à.joint à labyrinthe 48 porté par le rotor 10. Au sommet de l'organe 45 à section en V, qui est dirigé vers l'intérieur, est, fixé un autre organe d'étanchéité 49 qui coopère avec l'arbre 43.
L'air de refroidissement destiné au palier 42 est ame- né par le centre de l'arbre 43, sort par des trous 50 de l'arbre et s'écoule par des trous 51 de la partie tronconique de l'organe
41 et des trous 52 de l'organe 40; ledit air entoure donc le palier 42 pour le protéger de la chaleur.
L'air de fuite provenant de l'extrémité haute pression du compresseur, qui s'échappe par le dispositif à joint à laby- rinthe 47, 48, s'écoule par les trous 53 du bras court de l'or- gane 45 à section en V et passe de là par des ouvertures formées entre la bride dentelée 39 et l'organe 41 qui y est fixé, pour pénétrer à l'intérieur des entretoises 31.
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La paroi extérieure 25 du passage à fluide d'oeuvre porte une chicane circonférentielle continue 54 fixée à son côté extérieur, immédiatement en amont des entretoises, et une série de chicanes partiellement annulaires 55 qui s'étendent entre les entretoises 31 et sont soudées à leurs côtés faisant face circonférentiellement, par exemple à un tiers de la distance du bord avant au bord arrière des entretoises. Chacune des chianes 54, 55 comporte une pièce intérieure de tôle métallique, formant bride à sa périphérie intérieure et soudée à la paroi 25, et une pièce extérieure usinée, soudée par rapprochement ou par cordon à la pièce de tôle métallique.
Les chicanes 54, 55 s'étendent vers l'extérieur jusqu'à la partie d'enveloppe 16 et délimitent un collecteur annulaire qui est mis en communication avec l'in- térieur dés entretoises 31 au moyen de trous 56. De cette maniè- re, l'air de fuite provenant du compresseur est contenu par le collecteur et un raccord de sortie convenable (non représenté) est fixé à une portée disposée à l'extérieur de la partie d'en- veloppe 16, et permet de prélever l'air de fuite pour l'employer à refroidir la turbine ou à tout autre usage convenable.
En avant de la chicane 54 se trouve un espace compris entre les parties d'enveloppe de stator 15, 16, espace qui for- me aussi un collecteur annulaire et est en communication avec la sortie du compr: eur par des ouvertures 30. Ce collecteur con- vient particulièrement pour le prélèvement d'une quantité rela- tivement grande d'air à haute pression, comme c'est nécessaire aux fins d'anti-givrage ou pour l'actionnement d'une turbine à air reliée pour actionner des dispositifs auxiliaires associés au moteur. Une portée 66 est représentée à laquelle un raccord de sortie convenable peut être attaché.
Lors de l'assemblage, les parois 24, 25, la bague 27, les entretoises 31 y compris leurs couvercles 36, les bagues 37, 38, avec l'organe 40 et les chicanes 54, 55 sont soudés entre
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eux et, ensuite, l'organe 41, l'organe 45, le diaphragme 46 et l'organe 47 sont boulonnés à l'assemblage dans l'ordre indiqué.
On peut alors faire passer la partie extérieure 16 de l'enveloppe sur l'assemblage et, si on le désire, la partie d'en- veloppe 16 peut se monter à frottement sur les chicanes 54, 55 et les couvercles 36. Les entretoises 31 sont situées par rapport à la partie extérieure 16 de l'enveloppe au moyen de goujons 57 qui s'étendent à travers la partie 16 et les parties formant couvercle 36 des entretoises; la tête 58 du goujon 57 est fixée en position par une des trois vis de fixation 59 qui fixent chacune des entretoises 31 à la partie 16.
La paroi extérieure 60 de l'enveloppe à air de l'appa- reil de combustion est fixée par des vis de fixation 61 à une bride 62 de l'extrémité aval de la partie 16 et la bride inté- rieure de la paroi d'enveloppe à air 60 est dentelée, comme il est indiqué en 64 (figures 2 et 3) pour dégager les vis de fixa- tion 59 pour permettre de retirer la paroi 60. Des injecteurs de .combustible de l'appareil de combustion peuvent être montés sur la partie d'enveloppe 16.
Il faut observer que la forme de la partie d'enveloppe
16 est particulièrement bien adaptée 'pour résister aux tenions qui s'établissent en fonctionnement et aussi que la partie 15 n'est que faiblement sollicitée, car elle est soumise sensible- ment à la même pression à l'extérieur et à l'intérieur. En outre, le dispositif de boulonnage qui fixe entre elles les deux moitiés de la bague 15 n'est que faiblement sollicité, ce qui permet de réaliser une économie considérable de poids.,
La partie 13 peut être faite d'alliage de magnésium au lieu.de l'être d'alliage d'aluminium et les parties 15, 16 peuvent être faites d'autres alliages ferreux que l'acier, par exemple, de fonte nodulaire ou d'alliage de titane.
Dans une variante de construction, les parties d'en- veloppe 13 et 15 peuvent être faites d'une pièce, par exemple
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d'acier ou d'un autre métal à haute résistance, et comporter une bride de boulonnage extérieure entre les extrémités de la pièce, aux fins de liaison à la partie extérieure 16 qui, comme avant, constitue le seul dispositif de support du compresseur, depuis la structure voisine, sur son côté aval. Dans ce cas, la partie amont et la partie intérieure aval, qui supportent ensemble les aubes de stator, peuvent avoir une section mince depuis l'entrée jusqu'à la sortie du compresseur, comme la figure 1 le représente pour la partie aval 15.
On voit que l'invention procure une construction d'en- veloppe de stator pour un compresseur à écoulernent axial à étages multiples qui non seulement est résistante aux fortes tensions qui s'établissent aux températures élevées régnant en fonctionne- ment dans l'état actuel de la technique, et est exceptionnelle- ment légère et rigide, mais qui crée aussi des collecteurs, des- tinés à l'air prélevé, d'une pièce avec la structure du moteur.
REVENDICATIONS
1. Compresseur à écoulement axial à plusieurs étages ayant une enveloppe de stator comprenant une partie amont dans laquelle les rangs amont d'aubes de stator sont montés, une par- tie aval-intérieure qui forme une limite.du passage du fluide d'oeuvre et dans laquelle les rangs aval d'aubes de stator sont montés, et une partie aval extérieure entourant ladite partie aval intérieure de manière à créer entre,elles un espace, seule ladite partie aval extérieure étant fixée à la structure voisine qui supporte le compresseur sur son côté aval et ladite partie aval extérieure au moins étant faite d'une matière à haute résis- tance.