Couronne distributeur3 en cours de réalisation

La couronne de distributeur N°3 est maintenant en cours de réalisation.

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Pourquoi créer une nouvelle couronne? Le distributeur actuel a travaillé sous l’effet de la chaleur et il m’est plus facile de refaire une couronne plutôt que de réusiner une nouvelle grille fixe. Je m’en explique dans l’article Tests statiques et dynamiques en cours.

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ébauche couronne3

Rien ne différenciera la nouvelle couronne de la précédente, sinon que la cotation du cône de la grille sera réduite de quelques centièmes. Cette modification permettra de bloquer la grille un peu plus en avant dans le cône. La position définitive de la grille devrait être atteinte après deux ou trois mises en température progressives de la turbine .

Toutefois, si ce distributeur devait subir le même sort que le précédent, il serait alors possible de stopper l’enfoncement du cône par des points de soudure avant que la limite de cotation ne soit atteinte. Une autre solution consisterait de prévoir un épaulement (butée). Cette option présenterait l’avantage d’être démontable mais créerait par ailleurs un obstacle à l’entrée de la grille. Il faudrait donc supprimer partiellement cet usinage ne laissant que la partie utile (une butée pour chaque aube) afin que l’échappement soit parfaitement lisse. J’envisage également d’introduire une dose de convergence en périphérie des aubes. C’est important et c’est aussi une façon de contrecarrer les effets indésirables du cône…
(Dans ces deux cas, le cône d’assemblage de la couronne avec la grille fixe n’est plus vraiment nécessaire…)

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On aperçoit l’encoche pratiquée sur chacune des aubes, la partie mâle étant prévue sur la couronne

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couronne de distributeur n°2 avec l’ébauche d’une troisième

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On aperçoit sur cette vue l’épaulement (1mm) décrit précédemment qui doit faire office de butée à la grille. Le blocage et le centrage de la grille sont bien sûr assurés par le cône. On peut voir également un espace (1mm) entre l’épaulement et les aubes. Ce jeu devrait disparaître avec les essais thermiques.

La couronne doit maintenant passer à la phase fraisage et perçage…

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Malheureusement, les derniers tests dynamiques en date ont eu raison de ce montage. Les contraintes thermiques sont trop importantes…

Je dois envisager son remplacement et concevoir un montage plus sérieux…


Projet d’une nouvelle grille fixe

J’ai d’ores et déjà prévu d’intégrer des modifications importantes sur la nouvelle grille. Elles devraient permettre d’optimiser la détente mais aussi l’assemblage de la grille avec la couronne.

Par la réunion de la bague du distributeur et de la grille en une pièce unique, il devrait être plus facile de créer un échappement convergent. La convergence sera obtenue grâce à un cône. D’autre part, une conicité accrue devrait permettre une meilleure stabilité  et un meilleur centrage de la grille dans la couronne.

Tous les autres paramètres devraient en principe être conservés en l’état.

La première étape de construction consiste à reprendre la couronne actuelle du distributeur et d’usiner un cône convergent.

La deuxième étape se limite à la réalisation d’une ébauche de la grille au tour puis d’un passage à la fraiseuse pour le taillage des aubes.

La troisième et dernière étape est dédiée à la finition du profil et au polissage des aubes avec une mini-meuleuse. La pièce est ensuite reprise au tour pour une mise à la cote sauf pour l’un des usinages. En effet, il faut veiller à la concentricité et cela passe par une dernière opération au tour. L’axe du distributeur doit se confonde avec celui de l’arbre.

Schéma grille couronne

Vous pouvez consulter l’article « Couronne distributeur en cours de modification et grille2 en cours de réalisation » pour de plus amples explications.

 

Tests statiques et dynamiques en cours

Je pense que les difficultés de démarrage de la turbine se limitent maintenant à un problème de combustion…

Ce constat fait, je n’incrimine pas pour autant l’étage HP (version2) ni même le distributeur (version2), écartant pour le moment un défaut de conception.

Si le rôle du compresseur/diffuseur est bien défini, celui du distributeur (grille fixe) reste plus complexe à cerner. En effet, le distributeur joue un rôle prépondérant dans le cycle thermodynamique en assurant, d’une part, la détente des gaz et d’autre part, en participant à l’émergence d’une pression dans la chambre. C’est justement ce dernier point qui m’intéresse.

Normalement, un gaz ne peut monter en pression que s’il se trouve enfermé dans un milieu clos. L’aspect d’une chambre de combustion d’un turboréacteur ne semble pas à première vue répondre à ce critère… Il faut donc impérativement recréer les conditions propices à l’apparition de la pression. La première condition est satisfaite par le compresseur qui, d’une certaine manière, contient la combustion dans la chambre, évitant ainsi un retour de flamme. La deuxième condition, me semble-t-il, est assurée par la grille fixe qui favorise la montée en pression, grâce à la géométrie du profil et à la disposition de ses aubes (convergentes). Ces dernières ont pour effet d’obturer partiellement le canal d’échappement et donc de faire naître cette pression.

N’inversons pas les rôles ! Le compresseur comprime à la condition expresse que le distributeur agisse comme une « valve de décharge ». Ce mécanisme s’amorce  à environ 20% du régime nominal.

Par ailleurs, il ne peut pas y avoir de pression dans un milieu ouvert, situation rencontrée en phase transitoire, quand la turbine est à l’arrêt et jusqu’au moment où elle devient autonome.

Tentative de vérification de l’étage HP par un test statique (sans détente)…

Ce test statique permet-il réellement de contrôler l’efficacité du compresseur?

La pression relevée est d’environ 50mbar à 20.000trsmn (j’en espérais 100mB!). La bougie est retirée afin de préserver le compresseur et la tuyère est obturée pour simuler un « bourrage » à l’entrée du distributeur.

Je travaille également à remplacer l’allumage à incandescence par un allumage à étincelles plus performant. L’objectif recherché est  de brûler tous les gaz afin d’optimiser la détente.

J’ai préparé deux bagues en acier de différente largeur pour les tests dynamiques. Je compte les placer à tour de rôle sur l’arbre entre le roulement à billes et le disc. Elles devraient me permettre de vérifier la position idéale du disque par rapport à la grille. Il est important de récupérer toute l’énergie issue de la détente (le calage des aubes de la grille étant fixe de conception).

Test dynamique_06-2016

Commentaire à chaud ! Cet essai n’a pas résolu les difficultés d’inflammation du gaz malgré la mise en place d’une bougie à étincelles. J’utilise donc un allume gaz comme appoint en attendant de pouvoir me pencher sur la question… Quant à l’arrêt de la turbine, je suppose qu’il est provoqué par le  frottement du disc soumis à l’élévation de température. Je vais devoir le rectifier et réduire son diamètre de 2/100mm. Le jeu entre les pales du disc et le conduit d’échappement devrait alors avoisiner 1/10mm (la cotation théorique serait ainsi atteinte). J’ai dû aussi changer la taille des cartouches de gaz car ces essais sont gourmands en carburant. Par ailleurs, j’ai peut-être sous-estimé la consommation…

Après démontage

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Le shroud est également marqué. Cela est dû à un petit problème de centrage entre le shroud et le diffuseur. Je fais avec pour le moment tout en retirant un peu de matière là où ça frotte (2 à 3/100mm)…

Les frottements persistent même après avoir rectifié le disc. Je communiquerai à nouveau une fois le problème éliminé…


Que se passe-t-il sur cette vidéo?

Les problèmes de frottement disparus laissent maintenant le champ libre aux suivants…

Je ne peux faire prendre des tours au rotor sans provoquer une extinction de flamme. Grâce à la chaleur et aux étincelles de la bougie le ré allumage est assuré dès lors que je réduis le nombre de tours de l’arbre.

Je n’ai pas encore démonté la turbine mais je pense, à cause d’un TAT  (temps d’arrêt turbine) trop court, que le roulement à billes de sortie est gêné par un excès d’huile, ou…

Le problème d’extinction est par contre plus délicat à analyser…


Je viens de réaliser une tôle de turbulence pour contrecarrer l’extinction. Enfin ! C’est son but…

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La position de cette tôle dans la chambre est importante. Elle devrait normalement protéger la flamme des turbulences inhérentes à l’introduction du flux d’air comprimé dans la zone de dilution. Je n’ai pas retenu pour le moment l’accroche flamme… Malheureusement, les prochains tests dynamiques ne pourront reprendre qu’après avoir réalisé une troisième couronne de distributeur…



J’interromps donc momentanément les tests dynamiques en raison d’un problème de centrage de l’arbre. Les contraintes thermiques des derniers essais ne se sont pas limitées à stabiliser le distributeur. Ce que je redoutais est arrivé ! L’assemblage conique qui assure la liaison entre la grille fixe et la couronne a travaillé. La grille fixe n’est maintenant plus à sa place dans la couronne, créant de ce fait un jeu. Le problème a été évoqué dans l’article  Distributeur2 terminé.

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Les aubes de la grille fixe, maintenant en saillie, modifient l’aspect dimensionnel du distributeur. Les conséquences sur le centrage du disc ne sont pas négligeables…

L’effet de la chaleur sur le montage (couronne/grille fixe) a donc provoqué le déplacement de la grille dans la couronne dans des proportions importantes. (Le cône faisant 1°, une dilatation de la couronne de 1/100mm provoque un déplacement de la grille de 5,7/10mm). Face à cette contrainte mécanique, je compte modifier la cotation du cône de façon à disposer d’une réserve. Les essais thermiques (progressifs) devront ensuite permettre de stabiliser la grille dans sa position définitive ( j’espère que les aubes ne sont pas en cause. Si tel était le cas, je pourrais envisager une solution mécano soudée…).

Une nouvelle couronne est en cours de réalisation (couronne n°3)…