FR2960603A1

FR2960603A1 - Diffuseur radial de turbomachine

Info

Publication number: FR2960603A1
Application number: FR1054084A
Authority: FR
Inventors: Yann Mouze; Lionel Scuiller
Original assignee: Turbomeca SA
Current assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-02
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: FR2960603B1

Abstract

Diffuseur radial de turbomachine comprenant une partie amont (21) destinée à être raccordée à la sortie d'un compresseur centrifuge (10), cette partie amont (21) comprenant des premier et deuxième flasques (27, 28) sensiblement radiaux définissant entre eux un espace annulaire (40), le premier flasque portant des pales (23) délimitant, à l'intérieur dudit espace annulaire (40), des canaux de diffusion (30) ayant une section de passage divergente. Les pales (23) sont fixées par leur sommet (60) au deuxième flasque (28) et le deuxième flasque (28) présentant au moins une série de fentes (50). Le sommet (60) desdites pales (23) est dentelé de sorte que ce sommet (60) présente au moins une portion en saillie (61) suivie d'au moins une portion en retrait (62). La forme et le positionnement desdites fentes (50) sont complémentaires de ceux des portions en saillie (61), de sorte que les portions en saillie (61) sont encastrées dans lesdites fentes (50).

Description

DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne un diffuseur radial de turbomachine Un tel diffuseur peut équiper tout type de turbomachine, terrestre ou aéronautique, et notamment un turbomoteur d'hélicoptère ou un turboréacteur d'avion. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Plus précisément, le présent exposé concerne un diffuseur radial du type comprenant une partie amont apte à être raccordée à la sortie d'un compresseur centrifuge. Cette partie amont comprend des premier et lo deuxième flasques sensiblement radiaux définissant entre eux un espace annulaire, le premier flasque portant des pales de diffusion délimitant, à l'intérieur de cet espace annulaire, des canaux de diffusion ayant une section de passage divergente, ces pales de diffusion étant fixées par leur sommet au deuxième flasque. 15 Ledit espace annulaire est destiné à entourer extérieurement la sortie dudit compresseur centrifuge. Grâce à la section divergente des canaux de diffusion, le diffuseur permet de réduire la vitesse du gaz quittant le compresseur et, de ce fait, d'accroître la pression de ce gaz. Dans le présent exposé, l'amont et l'aval sont définis par rapport au 20 sens d'écoulement normal du gaz (de l'amont vers l'aval) à travers le compresseur et le diffuseur. On appelle axe du diffuseur, l'axe de symétrie (ou quasi-symétrie) de celui-ci. Cet axe correspond à l'axe de rotation du compresseur centrifuge. La direction axiale correspond à la direction de l'axe du diffuseur et une 25 direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe du diffuseur et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe du diffuseur et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Sauf précision contraire, les adjectifs avant et arrière sont utilisés en référence à la direction axiale étant entendu que l'entrée du diffuseur est 30 située du côté avant du diffuseur, tandis que sa sortie est située du côté arrière. Enfin, sauf précision contraire, les adjectifs intérieur et extérieur sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de 35 l'axe du diffuseur que la partie extérieure du même élément.

Dans les diffuseurs radiaux connus, les sommets des pales de diffusion sont "droits", en ce sens que tous les points de chaque sommet sont compris dans un même plan radial, et ces sommets sont fixés sur la face interne du deuxième flasque par brasage.

Un exemple de diffuseur radial connu est décrit dans la demande de brevet US publiée n°2005/0095127 Al. Dans ce document, le sommet de chaque pale est fixé sur la face interne d'un flasque appelé "couvercle". Pour faciliter le brasage, des fentes sont prévues dans le couvercle, en face des sommets des pales. Ces fentes sont remplies avec la composition lo de brasure lors du brasage. On notera que le sommet de chaque pale est "droit", que chaque sommet présente des dimensions plus importantes que celles des fentes et qu'aucune portion du sommet ne pénètre à l'intérieur de ces fentes. Or, avec les diffuseurs radiaux connus, en cas de corrosion et/ou 15 d'érosion importante dans les canaux de diffusion, la résistance mécanique de la brasure peut se trouver diminuée et des fissures peuvent apparaître dans la liaison brasée. Si elles se propagent, ces fissures conduisent à la désolidarisation complète du deuxième flasque et des pales et/ou à la perte de morceaux de pales en bord d'attaque ou en bord de fuite, ce qui 20 pose problème. PRESENTATION DE L'INVENTION Le présent exposé a pour objet un diffuseur radial de turbomachine comprenant une partie amont destinée à être raccordée à la sortie d'un compresseur centrifuge, cette partie amont comprenant des premier et 25 deuxième flasques sensiblement radiaux définissant entre eux un espace annulaire, le premier flasque portant des pales (dites "pales de diffusion") délimitant, à l'intérieur de cet espace annulaire, des canaux de diffusion ayant une section de passage divergente, ces pales étant fixées par leur sommet au deuxième flasque. Ce diffuseur radial est tel que le deuxième 30 flasque présente au moins une série de fentes et tel que le sommet d'au moins certaines desdites pales est dentelé de sorte que ce sommet présente au moins une portion en saillie suivie d'au moins une portion en retrait, la forme et le positionnement desdites fentes étant complémentaires de ceux des portions en saillie, de sorte que les portions 35 en saillie sont encastrées dans lesdites fentes.

Selon un mode de réalisation, toutes les pales de diffusion présentent un sommet dentelé. L'encastrement des pales permet de réduire significativement le risque de désolidarisation complète du deuxième flasque et des pales. s De plus, quel que soit le mode de fixation retenu pour fixer les pales au deuxième flasque, l'encastrement des pales permet de maintenir les pales en position lors de leur fixation, ce qui garantit un meilleur positionnement des pales et, donc, un meilleur contrôle de la section de passage des canaux de diffusion. lo Selon un mode de réalisation, les pales sont fixées au deuxième flasque par brasage. L'encastrement des portions en saillie dans les fentes permet alors de réduire le niveau de contrainte dans la brasure lors du fonctionnement de la turbomachine. Ainsi, comparé aux diffuseurs connus, la durée de vie 15 de la brasure est plus grande. De plus, en fonction de la profondeur d'encastrement de la pale dans la fente, il est possible d'utiliser au moins une des faces latérales de la pale qui entourent une portion en saillie (et la paroi interne de la fente correspondante) comme surfaces de brasage. Ceci permet d'augmenter la 20 surface totale de brasage et, donc, d'améliorer la fixation de la pale. Selon un mode de réalisation, au moins une des faces latérales de la pale qui entourent ladite portion en saillie est brasée sur le deuxième flasque. Selon un mode de réalisation, le sommet des pales présente au 25 moins une portion en retrait s'étendant jusqu'au bord d'attaque ou jusqu'au bord de fuite des pales. Une telle configuration favorise le confinement du débrasage (dans l'hypothèse où un débrasage surviendrait) dans la zone du bord d'attaque ou dans la zone du bord de fuite du sommet, qui sont considérées comme des zones du sommet 30 moins sensibles que la zone médiane. Selon un mode de réalisation, le sommet des pales présente, dans sa zone médiane, au moins une portion en saillie et, de chaque côté de cette zone médiane, deux portions en retrait s'étendant respectivement jusqu'au bord d'attaque et jusqu'au bord de fuite des pales. Ceci favorise 35 le confinement du débrasage dans les zones du bord d'attaque et du bord de fuite du sommet.

Selon un mode de réalisation, les fentes traversent l'épaisseur du deuxième flasque, ce qui permet aux portions en saillie d'être encastrées profondément dans ces fentes. Selon un mode de réalisation, les portions en saillie traversent le 5 deuxième flasque et font saillie par rapport à la face externe du deuxième flasque, du côté opposé à l'espace annulaire. Selon un mode de réalisation, le deuxième flasque et situé en avant du premier flasque, suivant la direction axiale. Selon un mode de réalisation, le diffuseur comprend une bride de 10 fixation annulaire pour fixer le deuxième flasque à un carter extérieur entourant le diffuseur, cette bride de fixation étant reliée à la face externe du deuxième flasque au dessus ou entre les séries de fentes. Selon un mode de réalisation, le diffuseur comprend, dans le sens d'écoulement du gaz: ladite partie amont, une partie intermédiaire 15 coudée, et une partie aval comprenant d'autres pales (dites "pales de redressement"). On notera que l'invention concerne aussi bien les diffuseurs axiaux destinés à être placés entre un compresseur centrifuge et une chambre de combustion de turbomachine, que ceux destinés à être placés entre deux 20 compresseurs centrifuges. Le présent exposé a également pour objet une turbomachine comprenant un diffuseur tel que décrit ci-dessus. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas 25 nécessairement à l'échelle, ils visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. Sur ces dessins, d'une figure à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. En outre, des éléments (ou parties d'élément) appartenant à des exemples de 30 réalisation différents mais ayant une fonction analogue sont repérés par les mêmes références numériques augmentées de 100, 200, etc. La FIG 1 représente, en demi-coupe axiale, un exemple de diffuseur axial, disposé en aval d'un compresseur centrifuge (le plan de coupe I-I de la FIG 1 est repéré sur la FIG 2). 35 La FIG 2 représente partiellement, en perspective, le diffuseur axial de la FIG 1.

La FIG 3 est une vue de détail, représentant la partie de sommet de pale entourée sur la FIG 2. La FIG 4 représente partiellement, en perspective, un autre exemple de diffuseur axial.

La FIG 5 est une vue en coupe du diffuseur de la FIG 4, suivant un plan de coupe VI-VI suivant la courbure d'une pale de diffusion. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Des exemples de réalisation du diffuseur radial proposé sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Ces exemples lo illustrent les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples. La FIG 1 représente exemple de diffuseur 20 radial. Ce diffuseur 20 appartient à une turbomachine et, par exemple, à un turbomoteur d'hélicoptère ou à un turboréacteur d'avion. 15 Le diffuseur 20 est annulaire d'axe A et est raccordé en aval d'un compresseur 10 centrifuge. Ce diffuseur 20 débouche dans un espace 31 entourant une chambre de combustion annulaire (non représentée). Le diffuseur 20 et l'espace 31 sont entourés par un carter extérieur 32. Le diffuseur 20 est soutenu par des brides de fixation 33 et 34 reliées au 20 carter 32. Le compresseur 10 comprend un rouet centrifuge. Ce rouet comprend une série d'aubes mobiles, entraînées en rotation. Ces aubes reçoivent l'air axialement, l'accélèrent et le libèrent radialement dans le diffuseur 20. 25 Le diffuseur 20 sert à réduire la vitesse de l'air quittant le compresseur 10 et, de ce fait, à accroître sa pression statique. Le diffuseur 20 comprend, dans le sens d'écoulement des gaz, une partie amont 21, une partie intermédiaire 24 coudée, et une partie aval 25, toutes annulaires d'axe A. 30 La partie amont 21 est adaptée pour être raccordée à la sortie du compresseur 10. La partie intermédiaire coudée 24 coudée permet de courber le trajet d'écoulement du gaz et de ramener cet écoulement en direction de la chambre de combustion. La partie aval 25 comprend une série de pales de redressement 26 circulairement espacées permettant de 35 réduire la giration de l'écoulement du gaz traversant le diffuseur 20 avant que le gaz n'entre dans l'espace 31.

En référence aux FIGS 1 et 2, la partie amont 21 comprend des premier et deuxième flasques 27, 28 sensiblement radiaux définissant entre eux un espace annulaire 40. Le deuxième flasque 28 et situé en avant du premier flasque 27, suivant la direction axiale (i.e. à gauche sur la FIG 1). Le premier flasque 27 porte des pales 23 (i.e. le pied des pales 23 est solidaire du flasque 27) qui sont circulairement espacées les unes des autres. Les pales 23 délimitent, à l'intérieur de l'espace annulaire 40, des canaux de diffusion 30 ayant une section de passage divergente. Les pales io 23 sont fixées par leur sommet 60 au deuxième flasque 28. Le sommet 60 des pales 23 est dentelé. Dans l'exemple des FIGS 1 et 2, ce sommet 60 présente dans sa zone médiane une longue portion en saillie 61. Cette portion en saillie 61 est entourée par deux portions en retrait 62 de longueur moins importante qui s'étendent, respectivement, 15 jusqu'au bord d'attaque et au bord de fuite de la pale. Dans l'exemple, la portion en saillie 61 s'étend sur plus de 70% de la longueur curviligne du sommet 60. Dans l'exemple, les portions en retrait 62 sont toutes sensiblement comprises dans un premier plan radial et les portions en saillie 61 sont 20 toutes sensiblement comprises dans deuxième plan radial, les premier et deuxième plan radiaux étant distants l'un de l'autre suivant la direction axiale, le deuxième plan radial étant le plus éloigné axialement du premier flasque 27. Le deuxième flasque 28 présente une série de fentes 50. La forme 25 et le positionnement des fentes 50 sont complémentaires de ceux des portions en saillie 61. Les fentes 50 sont curvilignes, de même longueur et de même largeur que les portions en saillie 61. Lorsque le diffuseur 20 est en configuration assemblée, comme représenté sur les FIGS 1 et 2, les portions en saillie 61 sont encastrées dans les fentes 50 et les portions en 30 retrait 62 sont en butées contre le deuxième flasque 28. Dans l'exemple, les portions en saillie 61 traversent le deuxième flasque 28 et font saillie par rapport à la face externe 28E du deuxième flasque 28, du côté opposé à l'espace annulaire 40.

L'encastrement des portions en saillie 61 dans les fentes 50 améliore la tenue mécanique du diffuseur 20 tout en facilitant l'opération de fixation des pales 23 sur le deuxième flasque 28. La fixation de chaque pale 23 au deuxième flaque 28 est réalisée par brasage, les surfaces de brasage utilisées sont les portions en retrait 62 du sommet 60 ainsi que les faces latérales 70 de la pale 23 situées sur les côtés des portions en saillie 61. Les portions en retrait 62 sont brasées sur la face interne 28I du deuxième flasque 28 et les faces latérales 70 sont brasées sur la paroi interne 51 de fentes 50. Ainsi, la surface totale lo de brasage utilisée est importante et garantit une bonne fixation des pales 23. Sur la FIG 3, on voit en détail une partie du sommet 60 d'une pale 23 et, plus spécifiquement, une portion en retrait 62 de ce sommet 60, une portion en saillie 61 et la face latérale 70 située sur un côté de la 15 portion en saillie 61. La zone brasée de la face latérale 70 est repérée par un hachurage croisé. Bien entendu, pour le brasage, il est possible d'utiliser les faces latérales 70 situées des deux côtés de la portion en saillie 61, ou de n'utiliser que l'une de ces deux faces latérales 70. La portion en saillie 61 traversant l'épaisseur du deuxième flasque 20 28, les faces latérales 70 peuvent être brasées sur une hauteur H (voir FIG 3) correspondant à l'épaisseur E (voir FIG 2) du deuxième flasque 28. La hauteur H étant généralement supérieure à la largeur L du sommet 60 des pales, on comprend que, comparée aux solutions connues, la solution proposée permet d'augmenter la surface totale de brasage et, donc, 25 d'améliorer la fixation de la pale. En aval de la partie amont 21, le diffuseur 20 comprend une partie intermédiaire 24 annulaire coudée, pour courber le trajet d'écoulement du diffuseur et ramener l'écoulement d'air en direction de l'espace 31 dans lequel se trouve la chambre de combustion (non représentée) de la 30 turbomachine. En aval de cette partie intermédiaire 24, le diffuseur 20 comprend une partie aval 25 annulaire comprenant une série de pales de redressement 26 circulairement espacées. Ces pales 26 permettent de réduire la giration de l'écoulement de gaz sortant des passages de 35 diffusion 22, avant que cet écoulement de gaz n'entre dans l'espace 31.

En référence aux FIGS 4 et 5, on va maintenant décrire un autre exemple de diffuseur radial. Les éléments analogues entre cet exemple et celui des FIGS 1 à 3 portent les mêmes références numériques augmentées de 100.

Ce diffuseur diffère de celui des FIGS 1 à 3 principalement en ce que le sommet 160 des pales de diffusion 123 présentent dans sa zone médiane deux portions en saillie 161A, 161B. Ces deux portions en saillie 161A, 161B sont séparées par une portion en retrait 163. De chaque côté de sa zone médiane, le sommet 160 présente deux autres portions en io retrait 162A, 162B, s'étendant respectivement jusqu'au bord d'attaque et jusqu'au bord de fuite des pales 123. En conséquence, le deuxième flasque 128 présente deux séries de fentes 150A, 150B, espacées radialement l'une de l'autre et configurées pour recevoir, respectivement, les portions en saillie 161A, 161B.

15 Les pales de diffusion 123 sont fixées au deuxième flasque 128 par brasage des portions en retrait 162A, 162B et 163 du sommet 160 sur la face interne 128I du deuxième flasque 128, et par brasage des faces latérales au niveau des faces latérales 170 qui sont situées sur les côtés des portions en saillie 161A, 161B, à l'intérieur des fentes 150A, 1506. Ces 20 faces latérales 170 sont repérées par un hachurage croisé sur la FIG 5. On notera que la bride de fixation annulaire 133 permettant de fixer le deuxième flasque 128 à un carter extérieur (non représenté) entourant le diffuseur, est reliée à la face externe 128E du deuxième flasque au dessus ou entre les séries de fentes 150A, 150B. 25

Claims

REVENDICATIONS1. Diffuseur radial de turbomachine comprenant une partie amont (21) destinée à être raccordée à la sortie d'un compresseur centrifuge (10), cette partie amont (21) comprenant des premier et deuxième flasques (27, 28) sensiblement radiaux définissant entre eux un espace annulaire (40), le premier flasque portant des pales (23) délimitant, à l'intérieur dudit espace annulaire (40), des canaux de diffusion (30) ayant une section de passage divergente, ces pales (23) étant fixées par leur sommet (60) au deuxième flasque (28), et le deuxième flasque (28) présentant au moins une série de fentes (50), ce diffuseur radial (20) étant caractérisé en ce que le sommet (60) d'au moins certaines desdites pales (23) est dentelé de sorte que ce sommet (60) présente au moins une portion en saillie (61) suivie d'au moins une portion en retrait (62), la forme et le positionnement desdites fentes (50) étant complémentaires de ceux des portions en saillie (61), de sorte que les portions en saillie (61) sont encastrées dans lesdites fentes (50).
2. Diffuseur selon la revendication 1, dans lequel les pales (23) sont 20 fixées au deuxième flasque (28) par brasage.
3. Diffuseur selon la revendication 2, dans lequel au moins une des faces latérales (70) de la pale qui entourent ladite portion en saillie est brasée sur le deuxième flasque.
4. Diffuseur selon l'une quelconque revendication 1 ou 2, dans lequel les fentes (50) traversent l'épaisseur du deuxième flasque (28).
5. Diffuseur selon la revendication 4, dans lequel les portions en saillie 30 (61) traversent le deuxième flasque (28) et font saillie par rapport à la face externe (28E) du deuxième flasque (28), du côté opposé à l'espace annulaire (40). 15
6. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le sommet (60) des pales (23) présente au moins une portion en retrait (62) s'étendant jusqu'au bord d'attaque ou jusqu'au bord de fuite des pales (23).
7. Diffuseur selon la revendication 6, dans lequel le sommet (60) des pales (23) présente, dans sa zone médiane, au moins une portion en saillie (61) et, de chaque côté de cette zone médiane, deux portions en retrait (62) s'étendant respectivement jusqu'au bord d'attaque et jusqu'au lo bord de fuite des pales (23).
8. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le deuxième flasque (28) et situé en avant du premier flasque (27), suivant la direction axiale.
9. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant, dans le sens d'écoulement du gaz, ladite partie amont (21), une partie intermédiaire coudée (24), et une partie aval (25) comprenant d'autres pales (26). 20
10. Turbomachine comprenant un diffuseur (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, cette turbomachine étant, notamment, un turbomoteur d'hélicoptère ou un turboréacteur d'avion.