EP1134361A1 - Turbomachine comportant un dispositif de suppression des vibrations - Google Patents

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EP1134361A1
EP1134361A1 EP01400573A EP01400573A EP1134361A1 EP 1134361 A1 EP1134361 A1 EP 1134361A1 EP 01400573 A EP01400573 A EP 01400573A EP 01400573 A EP01400573 A EP 01400573A EP 1134361 A1 EP1134361 A1 EP 1134361A1
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EP
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cavity
wall
turbomachine
turbomachine according
symmetry
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Bernard Lalanne
René Rodellar
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Safran Helicopter Engines SAS
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Turbomeca SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the subject of the present invention is a turbomachine of the type comprising a plurality of blades placed in the path of an air stream or gas.
  • one or more cavities are provided outside of the air stream and communicate with it by through a plurality of holes in a wall symmetrical along the axis of the turbomachine, delimiting the air stream.
  • a pipeline with a relief valve is generally connected to the cavity to allow, in operating mode partial of the turbomachine, a sampling of part of the air flow for discharge to the outside in order to increase the stability of the operation of the turbomachine or for an auxiliary need.
  • the volume of the cavity must therefore be sufficient to allow a regular withdrawal in operation.
  • the air or gas from the air stream in circulation in front of the cavity can trigger, for certain ranges of velocity, an acoustic resonance of the cavity due to a shear of the boundary layer.
  • This resonance is favored by the structure, generally symmetrical to the cavity.
  • the cavity can indeed be symmetrical with respect to the axis of the turbomachine or even include patterns, bosses or others, regularly distributed around its periphery and thus achieving cyclical symmetry.
  • the break in symmetry caused by the connection of the air sampling pipe for the valve discharge or for cooling the discs and turbine blades of the turbomachine, is insufficient to avoid certain setting up acoustic resonance of the cavity.
  • the subject of the invention is therefore a turbomachine comprising means for suppressing or preventing the birth of waves rotating acoustics in the previously mentioned cavity and so to eliminate the drawbacks due to the acoustic resonances at inside said cavity.
  • the turbomachine according to the invention is of the type comprising a plurality of blades placed in the path of an air or gas stream delimited by a symmetrical wall along the axis of the turbomachine.
  • Said wall has orifices communicating with a cavity external to the air stream, of general symmetrical structure, whether it is a symmetry along the axis of the turbomachine or of cyclic symmetry. Means of rupture of symmetry are provided inside said cavity.
  • the means of breaking symmetry can be made of different ways.
  • the symmetry breaking means includes a spacer device mounted in a pipe connected to the cavity, so as to partially protrusion inside the cavity.
  • the spacer device is preferably mounted with a tightening preload in said pipe so as to limit the vibrations in operation.
  • the spacer device can for example advantageously consist of a portion of tube pressed from the outside into the pipeline.
  • the means of rupture of symmetry include a localized area of the cavity, presenting a convexity directed towards the interior of the cavity.
  • Convexity can be obtained for example by stamping located on the outer wall of the cavity. or on the inside wall of the cavity.
  • the means of rupture of symmetry include an element fixed at a determined location on the inner face of the outer wall of the cavity, for example, a portion of sheet metal welded to the internal face of the external wall of the cavity or on the inner wall of the cavity.
  • the means of rupture of symmetry include a screw passing through the outer wall of the cavity and protruding into the interior of the cavity.
  • the turbomachine of the invention has an air inlet 1 provided with a first set rotary blades 2.
  • the outer wall 3 of the turbomachine has a pipe connection 4 for a part of the air discharge pipe of the flow.
  • the wall 10 delimits the air stream towards the outside and has a symmetrical configuration with respect to the axis of the turbomachine.
  • a cavity 11 of general structure also symmetrical with respect to the axis of the turbomachine is defined, substantially at the location of the blades rotary 6, between the wall 10 and an outer wall 12.
  • the wall 10 has on its periphery a plurality of orifices 13 putting in communicating the air stream with the cavity 11. These orifices 13 can be in the form of slots, lunules or grooves circular.
  • the cavity 11 could present a cyclical symmetry, that is to say include a plurality of patterns or other elements regularly arranged inside of the cavity and can thus give rise to a resonance acoustics of the cavity.
  • the valve 14 is mounted downstream of the tubing 4, itself integral with the wall 12 at a determined location in the cavity 11.
  • the discharge valve 14 allows, when open, to take a part of the air flow in order to reject it outside so as to improve the operation of the turbomachine for certain regimes.
  • the circulation of the air stream can trigger, passing in front of orifices 13 and for certain speed ranges, the resonance of the cavity 11 by shear of the boundary layer.
  • the birth of acoustic waves is prevented rotating in the cavity 11 by carrying out a voluntary rupture and significant of the symmetry with respect to the axis of the cavity 11, in addition to the break in symmetry which already exists due to the existence of the tubing 4.
  • the means of rupture of symmetry include a portion of tube 15 forced into with a preload for tightening in the tubing 4.
  • the mounting is done from the outside, the tube portion 15 being pushed in until a radial shoulder 16 formed on the outer edge of the portion of tube 15, comes into abutment on a conical portion 17 of the tubing 4, so as to properly define the final position of the portion of tube 15.
  • the tube portion 15 partly protrudes inside the cavity 11 beyond the right of the wall 12 without however going as far as contact with the internal wall 10, so as to avoid unduly disturbing the air flow in the cavity 11 when the discharge valve 14 is open.
  • the embodiment illustrated in FIG. 3 does not differ from the mode of FIG. 2 only by the fact that the external wall 12 has a localized convex area 18 whose convexity is directed inward of the cavity 11.
  • This zone is preferably obtained by simple localized stamping of the sheet forming the outer wall 12.
  • This stamped area 18 therefore causes an additional break in symmetry, in addition to that which already exists when a tube 4, as illustrated on FIG. 2 is located at another location in the cavity 11.
  • the embodiment illustrated in FIG. 4 differs from the mode of embodiment of FIG. 3 by the fact that a portion of sheet metal 19 disposed radially is fixed by welding on the internal face of the external wall 12 of the cavity 11.
  • the portion of welded sheet metal 19 thus projects inside the cavity 11 and prevents the birth of acoustic waves rotating in the cavity 11.
  • the tubing 4 can also be provided at another location on the cavity 11.
  • the dimensions of the portion of welded sheet metal 19, of square shape in the mode illustrated as an example in FIG. 4 are such that said portion of welded sheet 19 extends from the outer wall 12 in direction of the inner wall 10 without however going so far as to enter contact with the latter.
  • the portion of welded sheet 19 could also be fixed on the inner wall 10 extending to the opposite towards the outer wall 12.
  • FIG. 5 differs from the mode of embodiment of FIG. 4 by the fact that a screw 20 passes through the wall outside 12 of the cavity 11 by projecting inside said cavity 11 over a certain length.
  • the outer wall 12 has a zone 13 provided with a thread which can cooperate with the screw thread 20 whose head 21 remains outside the outer wall 12.
  • the dimensions of the screw 20 projecting inside the cavity 11 are such that said screw extends towards the wall interior 10 in a radial plane without however coming into contact with the inner wall 10.

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Abstract

Turbomachine du type comportant une pluralité d'aubages placés sur le trajet d'une veine d'air ou de gaz délimitée par une paroi symétrique selon l'axe, ladite paroi 10 présentant des orifices 13 communiquant avec une cavité 11 extérieure à la veine d'air, de structure générale symétrique, ladite cavité étant reliée à au moins une canalisation 4, caractérisée par le fait que des moyens de rupture de symétrie sont prévus à l'intérieur de ladite cavité, par exemple sous la forme d'une portion de tube 15 montée dans la canalisation 4 de façon à faire en partie saillie à l'intérieur de la cavité 11. <IMAGE>

Description

La présente invention a pour objet une turbomachine du type comportant une pluralité d'aubages placés sur le trajet d'une veine d'air ou de gaz.
Dans une telle turbomachine, une ou plusieurs cavités sont prévues à l'extérieur de la veine d'air et communiquent avec celle-ci par l'intermédiaire d'une pluralité d'orifices pratiqués dans une paroi symétrique selon l'axe de la turbomachine, délimitant la veine d'air. Une canalisation comportant une vanne de décharge est généralement branchée sur la cavité afin de permettre, en régime de fonctionnement partiel de la turbomachine, un prélèvement d'une partie du débit d'air pour rejet à l'extérieur afin d'augmenter la stabilité du fonctionnement de la turbomachine ou pour un besoin auxiliaire. Le volume de la cavité doit donc être suffisant pour permettre un prélèvement régulier en fonctionnement.
On constate cependant que l'air ou le gaz de la veine d'air en circulation devant la cavité peut déclencher, pour certaines plages de vitesse, une mise en résonance acoustique de la cavité en raison d'un cisaillement de la couche limite.
Cette mise en résonance est favorisée par la structure, généralement symétrique de la cavité. La cavité peut en effet être symétrique par rapport à l'axe de la turbomachine ou encore comporter des motifs, bossages ou autres, régulièrement répartis sur sa périphérie et réalisant ainsi une symétrie cyclique. La rupture de symétrie provoquée par le piquage de la canalisation de prélèvement d'air pour la vanne de décharge ou pour le refroidissement des disques et aubes de turbine de la turbomachine, est insuffisante pour éviter de manière certaine une mise en résonance acoustique de la cavité.
Or, une telle mise en résonance acoustique présente des inconvénients importants et peut entraíner des risques de rupture des aubages.
L'invention a donc pour objet une turbomachine comportant des moyens permettant de supprimer ou d'empêcher la naissance d'ondes acoustiques tournantes dans la cavité mentionnée précédemment et ainsi de supprimer les inconvénients dus aux résonances acoustiques à l'intérieur de ladite cavité.
La turbomachine selon l'invention est du type comportant une pluralité d'aubages placés sur le trajet d'une veine d'air ou de gaz délimitée par une paroi symétrique selon l'axe de la turbomachine. Ladite paroi présente des orifices communiquant avec une cavité extérieure à la veine d'air, de structure générale symétrique, qu'il s'agisse d'une symétrie selon l'axe de la turbomachine ou d'une symétrie cyclique. Des moyens de rupture de symétrie sont prévus à l'intérieur de ladite cavité.
Les moyens de rupture de symétrie peuvent être réalisés de différentes manières.
Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de rupture de symétrie comprennent un dispositif d'entretoise monté dans une canalisation reliée à la cavité, de façon à faire en partie saillie à l'intérieur de la cavité.
Le dispositif d'entretoise est de préférence monté avec une précontrainte de serrage dans ladite canalisation de façon à limiter les vibrations en fonctionnement.
Le dispositif d'entretoise peut par exemple avantageusement être constitué d'une portion de tube enfoncée depuis l'extérieur dans la canalisation.
Selon un deuxième mode de réalisation, les moyens de rupture de symétrie comprennent une zone localisée de la cavité, présentant une convexité dirigée vers l'intérieur de la cavité.
La convexité peut être obtenue par exemple par emboutissage localisé de la paroi extérieure de la cavité. ou encore sur la paroi intérieure de la cavité.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de rupture de symétrie comprennent un élément fixé à un endroit déterminé sur la face interne de la paroi extérieure de la cavité, par exemple, une portion de tôle soudée à la face interne de la paroi extérieure de la cavité ou encore sur la paroi intérieure de la cavité.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de rupture de symétrie comprennent une vis traversant la paroi extérieure de la cavité et faisant saillie à l'intérieur de la cavité.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue extérieure de côté d'une turbomachine;
  • la figure 2 est une vue partielle en coupe de la turbomachine illustrée sur la figure 1, montrant un premier mode de réalisation de l'invention;
  • la figure 3 est une vue en coupe analogue à la figure 2, montrant un deuxième mode de réalisation de l'invention;
  • la figure 4 est une vue en coupe analogue à la figure 2, montrant un troisième mode de réalisation de l'invention; et
  • la figure 5 est une vue en coupe partielle analogue à la figure 2, montrant un quatrième mode de réalisation de l'invention.
Telle qu'elle est illustrée sur les figures 1 et 2, la turbomachine de l'invention présente une entrée d'air 1 munie d'un premier ensemble d'aubes rotatives 2.
La paroi extérieure 3 de la turbomachine présente une tubulure de raccordement 4 pour une canalisation de rejet à l'air libre d'une partie de l'écoulement.
Sur la vue en coupe de la figure 2, se trouve illustré l'arbre rotatif 5 sur lequel sont montées les aubes rotatives 6 d'une première section de compression de la turbomachine. Le moyeu fixe 7 comporte des aubes directrices fixes 8. La circulation de la veine d'air est schématisée par les flèches 9.
La paroi 10 délimite la veine d'air vers l'extérieur et présente une configuration symétrique par rapport à l'axe de la turbomachine. Une cavité 11 de structure générale également symétrique par rapport à l'axe de la turbomachine se trouve définie, sensiblement à l'endroit des aubes rotatives 6, entre la paroi 10 et une paroi extérieure 12. La paroi 10 présente sur sa périphérie une pluralité d'orifices 13 mettant en communication la veine d'air avec la cavité 11. Ces orifices 13 peuvent être constitués sous la forme de fentes, de lunules ou de rainures circulaires. Bien entendu, dans d'autres modes de réalisation, la cavité 11 pourrait présenter une symétrie cyclique, c'est-à-dire comporter une pluralité de motifs ou autres éléments régulièrement disposés à l'intérieur de la cavité et pouvant ainsi donner naissance à une mise en résonance acoustique de la cavité.
Une vanne de décharge 14 convenablement commandée par des moyens non représentés sur la figure, est visible sur la coupe de la figure 2. La vanne 14 est montée en aval de la tubulure 4, elle-même solidaire de la paroi 12 à un endroit déterminé de la cavité 11.
La vanne de décharge 14 permet, lorsqu'elle est ouverte, de prélever une partie du débit d'air afin de le rejeter à l'extérieur de façon à améliorer le fonctionnement de la turbomachine pour certains régimes. Lorsque la vanne de décharge 14 est en position fermée, la circulation de la veine d'air peut déclencher, en passant devant les orifices 13 et pour certaines plages de vitesse, la mise en résonance de la cavité 11 par cisaillement de la couche limite.
Selon l'invention, on empêche la naissance d'ondes acoustiques tournantes dans la cavité 11 en réalisant une rupture volontaire et significative de la symétrie par rapport à l'axe de la cavité 11, en plus de la rupture de symétrie qui existe déjà du fait de l'existence de la tubulure 4.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, les moyens de rupture de symétrie comprennent une portion de tube 15 enfoncée à force avec une précontrainte de serrage dans la tubulure 4. De préférence, le montage se fait depuis l'extérieur, la portion de tube 15 étant enfoncée jusqu'à ce qu'un épaulement radial 16 pratiqué sur le bord extérieur de la portion de tube 15, vienne en butée sur une portion conique 17 de la tubulure 4, de façon à définir convenablement la position finale de la portion de tube 15.
Dans cette position finale après montage, la portion de tube 15 fait en partie saillie à l'intérieur de la cavité 11 en dépassant le droit de la paroi 12 sans toutefois aller jusqu'au contact avec la paroi interne 10, de façon à éviter de perturber exagérément l'écoulement de l'air dans la cavité 11 lorsque la vanne de décharge 14 est ouverte.
Le mode de réalisation illustré sur la figure 3 ne diffère du mode de réalisation de la figure 2 que par le fait que la paroi externe 12 présente une zone localisée convexe 18 dont la convexité est dirigée vers l'intérieur de la cavité 11. Cette zone est de préférence obtenue par simple emboutissage localisé de la tôle constituant la paroi extérieure 12. Cette zone emboutie 18 provoque donc une rupture de symétrie supplémentaire, en plus de celle qui existe déjà lorsqu'une tubulure 4, telle qu'illustrée sur la figure 2, se trouve disposée à un autre endroit de la cavité 11.
Le mode de réalisation illustré sur la figure 4 diffère du mode de réalisation de la figure 3 par le fait qu'une portion de tôle 19 disposée radialement est fixée par soudure sur la face interne de la paroi extérieure 12 de la cavité 11. La portion de tôle soudée 19 fait ainsi saillie à l'intérieur de la cavité 11 et empêche la naissance d'ondes acoustiques tournantes dans la cavité 11. Bien entendu, la tubulure 4 peut également être prévue à un autre endroit sur la cavité 11. On notera que les dimensions de la portion de tôle soudée 19, de forme carrée dans le mode de réalisation illustré à titre d'exemple sur la figure 4, sont telles que ladite portion de tôle soudée 19 s'étende depuis la paroi extérieure 12 en direction de la paroi intérieure 10 sans aller cependant jusqu'à entrer en contact avec cette dernière. En variante, la portion de tôle soudée 19 pourrait également être fixée sur la paroi intérieure 10 en s'étendant au contraire en direction de la paroi extérieure 12.
Le mode de réalisation illustré sur la figure 5 diffère du mode de réalisation de la figure 4 par le fait qu'une vis 20 traverse la paroi extérieure 12 de la cavité 11 en faisant saillie à l'intérieur de ladite cavité 11 sur une certaine longueur. Pour faciliter le montage, la paroi extérieure 12 présente une zone 13 munie d'un taraudage qui peut coopérer avec le filetage de la vis 20 dont la tête 21 reste à l'extérieur de la paroi extérieure 12.
Les dimensions de la vis 20 faisant saillie à l'intérieur de la cavité 11 sont telles que ladite vis s'étende en direction de la paroi intérieure 10 dans un plan radial sans toutefois entrer en contact avec la paroi intérieure 10.
Dans tous les modes de réalisation qui viennent d'être illustrés à titre d'exemples, on a donc introduit à l'intérieur de la cavité symétrique, un moyen de rupture de symétrie susceptible d'empêcher la naissance d'ondes acoustiques tournantes et donc d'éviter l'entrée en résonance de la cavité, quelle que soit la vitesse d'écoulement dans la turbomachine.

Claims (10)

  1. Turbomachine du type comportant une pluralité d'aubages placés sur le trajet d'une veine d'air ou de gaz délimitée par une paroi symétrique selon l'axe de la turbomachine, ladite paroi présentant des orifices (13) communiquant avec une cavité (11) extérieure à la veine d'air, de structure générale symétrique, axiale ou cyclique,
       caractérisée par le fait que des moyens de rupture de symétrie sont prévus à l'intérieur de ladite cavité.
  2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de rupture de symétrie comprennent un dispositif d'entretoise monté dans une canalisation reliée à la cavité, de façon à faire en partie saillie à l'intérieur de la cavité.
  3. Turbomachine selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le dispositif d'entretoise est monté avec une précontrainte de serrage dans ladite canalisation.
  4. Turbomachine selon les revendications 2 ou 3, caractérisée par le fait que le dispositif d'entretoise est constitué d'une portion de tube (15).
  5. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de rupture de symétrie comprennent une zone localisée (18) de la cavité, présentant une convexité dirigée vers l'intérieur de la cavité.
  6. Turbomachine selon la revendication 5, caractérisée par le fait que la convexité a été obtenue par emboutissage localisé de la paroi extérieure de la cavité.
  7. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de rupture de symétrie comprennent un élément (19) fixé à un endroit déterminé sur la face interne de la paroi extérieure de la cavité.
  8. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de rupture de symétrie comprennent un élément fixé à un endroit déterminé sur la paroi intérieure de la cavité.
  9. Turbomachine selon les revendications 7 ou 8, caractérisée par le fait que ledit élément est une portion de tôle soudée sur la paroi précitée de la cavité.
  10. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de rupture de symétrie comprennent une vis (20) traversant la paroi extérieure de la cavité et faisant saillie à l'intérieur de la cavité.
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EP (1) EP1134361B1 (fr)
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AT (1) ATE328192T1 (fr)
CA (1) CA2341839C (fr)
CY (1) CY1105534T1 (fr)
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