EP3368748B1

EP3368748B1 - Procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée de turbomachine

Info

Publication number: EP3368748B1
Application number: EP16806240.4A
Authority: EP
Inventors: Roger Felipe MONTES PARRA
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2036-10-28
Also published as: CN108350744A; CA3003396C; JP6438630B1; EP3368748A1; US20180313216A1; US10267155B2; BR112018008624A2; FR3043131B1; CN108350744B; JP2019500531A; CA3003396A1; FR3043131A1; BR112018008624B1; RU2689489C1; WO2017072469A1

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL

La présente invention concerne un procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée d'une turbomachine.

ETAT DE L'ART

Une turbomachine comprend généralement, d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d'échappement des gaz.
Chaque étage de compresseur ou de turbine est formé par un aubage fixe ou stator et un aubage tournant ou rotor autour de l'axe principal de la turbomachine.
Chaque rotor comprend de manière classique un disque s'étendant autour de l'axe principal de la turbomachine et comprenant une plateforme annulaire, ainsi qu'une pluralité d'aubes réparties de manière régulière autour de l'axe principal de la turbomachine et s'étendant radialement par rapport à cet axe depuis une surface extérieure de la plateforme du disque. On parle aussi de « roues aubagées ».
Les roues aubagées font l'objet de phénomènes vibratoires multiples dont les origines peuvent être aérodynamiques et/ou mécaniques.
On s'intéresse tout particulièrement ici au flottement, qui est un phénomène vibratoire d'origine aérodynamique. Le flottement est lié à la forte interaction entre les aubes et le fluide qui les traverse. En effet, lorsque la turbomachine est en fonctionnement, les aubes, en étant traversées par le fluide, modifient son écoulement. En retour, la modification de l'écoulement du fluide qui traverse les aubes a pour effet de les exciter en vibrations. Or, lorsque les aubes sont excitées au voisinage d'une de leur fréquence propre de vibration, ce couplage entre le fluide et les aubes peut devenir instable ; c'est le phénomène de flottement. Ce phénomène se traduit alors par des oscillations d'amplitude croissante des aubes pouvant mener à des fissures ou pire à la destruction de la roue aubagée.
Ce phénomène est donc très dangereux et il est primordial d'éviter que le couplage entre le fluide et les aubes devienne instable.
Afin de pallier ce problème, il est connu de « désaccorder volontairement » les roues aubagées. Le désaccordage volontaire d'une roue aubagée consiste à exploiter la symétrie cyclique de la roue aubagée, à savoir le fait que les roues aubagées sont généralement composées d'une série de secteurs géométriquement identiques, et à créer une disparité fréquentielle entre toutes les aubes de ladite roue aubagée. Autrement dit, le désaccordage volontaire d'une roue aubagée consiste à introduire des variations entre les fréquences propres de vibration des aubes de ladite roue aubagée. Une telle disparité fréquentielle permet de stabiliser la roue aubagée vis-à-vis du flottement en augmentant son amortissement aéro-élastique.
Le « désaccordage volontaire » s'oppose au « désaccordage involontaire » qui lui est le résultat de petites variations géométriques des roues aubagées ou à de petites variations des caractéristiques du matériau qui les constitue, généralement dues aux tolérances de fabrication et de montage, pouvant conduire à de petites variations des fréquences propres de vibration d'une aube à une autre.
Plusieurs solutions ont déjà été apportées pour désaccorder volontairement une roue aubagée.
Le document FR 2 869 069 décrit par exemple un procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée d'une turbomachine déterminée de manière à réduire les niveaux vibratoires de la roue en réponse forcée, caractérisé par le fait qu'il consiste à déterminer, en fonction des conditions de fonctionnement de la roue à l'intérieur de la turbomachine, une valeur optimale d'écart type de désaccordage par rapport à la réponse maximale en amplitude de vibration voulue sur la roue, disposer sur ladite roue, au moins en partie, des aubes de fréquences propres différentes de telle sorte que la répartition des fréquences de l'ensemble des aubes présente un écart type au moins égal à la dite valeur de désaccordage. Ce document propose en outre plusieurs solutions technologiques pour modifier les fréquences propres de vibration d'une aube à l'autre, parmi lesquelles le fait d'utiliser des matériaux différents pour les aubes ou le fait s'agir sur leur géométrie, par exemple en utilisant des aubes de différentes longueurs.
Le procédé décrit dans ce document nécessite toutefois d'être mis en oeuvre lors de la conception de la roue aubagée. Or, lorsque la turbomachine est en fonctionnement, les roues aubagées sont soumises à des phénomènes vibratoires multiples et complexes dont les sources d'excitation sont variables et souvent difficiles à prédire. Il peut donc arriver qu'une roue aubagée désaccordée selon le procédé décrit dans ce document soit tout de même soumise à des phénomènes vibratoires gênants qui n'auraient pas pu être prévus, tels que le flottement, lorsque la turbomachine est en fonctionnement.
Un autre exemple est décrit dans le document EP 2 463 481 . Ce document décrit une roue aubagée dans laquelle des saillies sont ménagées toutes les deux aubes sur toute la circonférence d'une surface intérieure de la plateforme du disque, en vue de désaccorder volontairement ladite roue aubagée.
Un autre exemple est décrit dans le document US 2015/0198047 . Ce document décrit une roue aubagée comprenant alternativement des aubes formées à partir d'un premier alliage de titane et des aubes formées à partir d'un deuxième alliage de titane, les premier et deuxième alliages de titane induisant des fréquences propres de vibration d'aube différentes.
Or, ces deux documents proposent un désaccordage volontaire systématique des roues aubagées. Autrement dit, quelle que soit la roue aubagée concernée, elle est désaccordée de la même manière en introduisant une variation de fréquences propres de vibration toutes les deux aubes. Il peut donc arriver qu'une roue aubagée ainsi désaccordé soit tout de même soumise à des phénomènes vibratoires gênants, tels que le flottement, lorsque la turbomachine est en fonctionnement.

PRESENTATION DE L'INVENTION

La présente invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients des techniques de désaccordage volontaire de l'art antérieur.
Elle propose un procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée de turbomachine permettant d'adapter le désaccordage appliqué à la géométrie de ladite roue aubagée à désaccorder et donc aux phénomènes vibratoires gênants, tels que le flottement, auxquels ladite roue aubagée est soumise, lorsque la turbomachine est en fonctionnement.
Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée d'une turbomachine, ladite roue aubagée comprenant un disque s'étendant autour d'un axe longitudinal et N aubes réparties de manière régulière autour dudit axe longitudinal et s'étendant radialement par rapport à cet axe depuis le disque, N étant un nombre entier naturel non nul, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

a) sélectionner un mode propre de vibration de la roue aubagée à k diamètres nodaux, k étant un nombre entier naturel différent de zéro et, lorsque N est un nombre pair, différent de $\frac{N}{2},$
ledit mode propre étant un mode de vibration dans la plage de fonctionnement de la turbomachine;
b) déterminer le déplacement des aubes sur toute la circonférence de la roue aubagée pour chacune des deux ondes stationnaires de déformation de même fréquence qui combinées génèrent la déformée modale tournante de la roue aubagée au mode propre de vibration sélectionné ;
c) à partir du déplacement des aubes ainsi déterminé pour chacune des deux ondes stationnaires de déformation, déterminer les aubes pour lesquelles un ventre de vibration d'une première desdites ondes stationnaires de déformation correspond à un noeud de vibration de la deuxième onde stationnaire de déformation ;
d) ménager une saillie ou une encoche dans le disque de la roue aubagée en regard de chacune des aubes ainsi déterminées, de sorte à séparer fréquentiellement les deux ondes stationnaires de déformation et ainsi à introduire un désaccordage volontaire dans la roue aubagée par rapport au mode propre de vibration sélectionné.

Préférentiellement, les encoches sont réalisées par lamage ou les saillies sont réalisées par métallisation.
Préférentiellement, le disque comprend une plateforme annulaire à partir de laquelle les aubes s'étendent radialement, les saillies ou les encoches étant ménagées dans la plateforme du disque.
Préférentiellement, les saillies ou les encoches sont ménagées dans le disque de sorte à s'étendre sur une amplitude angulaire autour de l'axe longitudinal comprise entre 360°/N et 80°.
La présente invention a également pour objet une roue aubagée d'une turbomachine comprenant un disque s'étendant autour d'un axe longitudinal et N aubes réparties de manière régulière autour dudit axe longitudinal et s'étendant radialement depuis le disque, N étant un nombre entier naturel non nul, ladite roue aubagée comprenant en outre une pluralité de saillies ou d'encoches ménagées dans le disque en regard de chacune des aubes déterminées selon les étapes a) à c) du procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée d'une turbomachine tel que précédemment décrit.
Le désaccordage ainsi réalisé est différent structurellement d'un désaccordage systématique.
Notamment, le procédé proposé est particulièrement intéressant dans le cas de désaccordage autre que une aube sur deux.
Préférentiellement, les encoches sont réalisées par lamage ou les saillies sont réalisées par métallisation.
Préférentiellement, le disque comprend une plateforme annulaire à partir de laquelle les aubes s'étendent radialement, les saillies ou les encoches étant ménagées dans ladite plateforme du disque.
Préférentiellement, les saillies ou les encoches sont ménagées dans le disque de sorte à s'étendre sur une amplitude angulaire autour de l'axe longitudinal comprise entre 360°/N et 80°.

PRESENTATION DES FIGURES

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatif et sur lesquels :

la figure 1 est une vue schématique d'une turbomachine à double flux ;
les figures 2a et 2b sont respectivement une vue en amont et en aval, par rapport au sens d'écoulement des gaz, d'une roue aubagée avant mise en oeuvre d'un procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée de turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 3a montre une vue en amont, par rapport au sens d'écoulement des gaz, de la déformation modale tournante du premier mode de flexion à deux diamètres nodaux de la roue aubagée illustrée aux figures 2a et 2b ;
la figure 3b montre une vue en aval, par rapport au sens d'écoulement des gaz, de la déformée modale correspondant à une première des deux ondes stationnaires de déformation qui combinées génèrent la déformée modale tournante de la roue aubagée illustrée à la figure 3a ;
la figure 3c montre une vue en aval, par rapport au sens d'écoulement des gaz, de la déformée modale correspondant à une deuxième des deux ondes stationnaires de déformation qui combinées génèrent la déformée modale tournante de la roue aubagée illustrée à la figure 3a ;
la figure 3d montre un graphique représentant les première et deuxième ondes stationnaires de déformation autour de la roue aubagée ;
la figure 4 montre le procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans la roue aubagée, selon un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 5a correspond à la figure 3b sur laquelle les ventres de vibration de la première onde stationnaire de déformation coïncidant avec les noeuds de vibration de la deuxième onde stationnaire de déformation sont mis en évidence ;
la figure 5b correspond à la figure 3c sur laquelle les noeuds de vibration de la deuxième onde stationnaire de déformation coïncidant avec les ventres de vibration de la première onde stationnaire de déformation sont mis en évidence ;
la figure 5c correspond à la figure 3d sur laquelle les coïncidences entre les ventres de vibration de la première onde stationnaire de déformation et les noeuds de vibration de la deuxième onde stationnaire de déformation ;
les figures 6a et 6b montrent respectivement une vue en amont et en aval, par rapport au sens d'écoulement des gaz, de la roue aubagée illustrée aux figures 2a et 2b après mise en oeuvre du procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée de turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
les figures 7a et 7b montrent respectivement une vue de détail en amont et en aval, par rapport au sens d'écoulement des gaz, des encoches ménagées dans la roue aubagée après mise en oeuvre du procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée de turbomachine selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 7c montre une vue partielle, en coupe longitudinale, de la roue aubagée après mise en oeuvre du procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée de turbomachine selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
les figures 8a et 8b montrent respectivement une vue en amont et en aval, par rapport au sens d'écoulement des gaz, de la roue aubagée illustrée aux figures 2a et 2b après mise en oeuvre du procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée de turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
les figures 9a et 9b montrent respectivement une vue de détail en amont et en aval, par rapport au sens d'écoulement des gaz, des encoches ménagées dans la roue aubagée après mise en oeuvre du procédé pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée de turbomachine selon le deuxième mode de réalisation de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE

A titre préliminaire, on appelle « noeuds de vibration », les points d'un système mécanique qui pour un mode de vibration donné ont un déplacement nul. Ces points ne sont donc pas en mouvement. On appelle « ventres de vibration », les points d'un système mécanique qui pour un mode de vibration donné ont un déplacement maximal. Ces points présentent donc un mouvement d'amplitude maximale.
La figure 1 illustre une turbomachine à double flux 10. La turbomachine 10 s'étend selon un axe principal 11 et comprend une manche d'air 12 par laquelle un flux de gaz pénètre dans la turbomachine 10 et dans laquelle le flux de gaz traverse une soufflante 13. En aval de la soufflante 13, le flux de gaz se sépare en un flux de gaz primaire s'écoulant dans une veine primaire 14 et un flux de gaz secondaire s'écoulant dans une veine secondaire 15.
Dans la veine primaire 14, le flux primaire traverse, d'amont en aval, un compresseur basse pression 16, un compresseur haute pression 17, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 19, une turbine basse pression 20, et un carter d'échappement des gaz auquel est reliée une tuyère d'échappement 22. Dans la veine secondaire 15, le flux secondaire traverse un aubage fixe ou redresseur de soufflante 24, puis vient se mélanger au flux primaire au niveau de la tuyère d'échappement 22.
Chaque compresseur 16, 17 de la turbomachine 10 comprend plusieurs étages, chaque étage étant formé par un aubage fixe ou stator et un aubage tournant ou rotor 23 autour de l'axe principal 11 de la turbomachine 10. L'aubage tournant ou rotor 23 est aussi appelé « roue aubagée ».
Les figures 2a et 2b montrent respectivement une vue en amont et en aval, par rapport au sens d'écoulement des gaz, d'une roue aubagée 23 avant la mise en oeuvre d'un procédé 100 pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée de turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention.
La roue aubagée 23 comprend un disque 25 s'étendant autour d'un axe longitudinal 26 qui, lorsque la roue aubagée 23 est montée dans la turbomachine 10, est confondu avec l'axe principal 11 de ladite turbomachine 10. La roue aubagée 23 comprend en outre une plateforme annulaire 27 agencée à la périphérie du disque 25. La plateforme 27 présente une surface intérieure 28 en regard de l'axe longitudinal 26 et une surface extérieure 29 qui lui est opposée. La plateforme 27 s'étend de part et d'autre du disque 25 dans la direction de l'axe longitudinal 26.
La roue aubagée 23 comprend en outre une pluralité d'aubes 30 réparties de manière régulière autour de l'axe longitudinal 26 et s'étendant radialement par rapport à cet axe 26 depuis la surface extérieure 29 de la plateforme 27. La roue aubagée 23 comprend N aubes 30, N étant un nombre entier naturel non nul. Les aubes 30 peuvent être monoblocs avec le disque 25 ou être rapportées sur le disque 25 par des moyens bien connus de l'homme du métier. Dans l'exemple illustré aux figures 2a et 2b, la roue aubagée 23 comprend trente-quatre aubes 30 et sont d'un seul tenant avec le disque 25.
Chaque aube 30 comprend un bord d'attaque qui est situé axialement en amont selon le sens d'écoulement des gaz par rapport à ladite aube 30, et un bord de fuite qui est situé axialement en aval selon le sens d'écoulement des gaz par rapport à ladite aube 30.
D'une manière générale, les roues aubagées présentent une symétrie cyclique. Autrement dit, les roues aubagées sont composées d'une série de secteurs géométriquement identiques qui se répètent de manière circulaire. Par exemple, la roue aubagée 23 comprend N secteurs identiques, un secteur étant associé à chacune des aubes 30.
Pour réaliser l'analyse modale de la roue aubagée, on cherche à résoudre le problème aux valeurs propres : (K - ω²M)X = 0, avec K correspondant à la matrice de raideur de la roue aubagée, M correspondant à la matrice de masse de la roue aubagée, X correspondant au vecteur de déplacement de la roue aubagée et ω correspondant aux pulsations propres de la roue aubagée.
Or, la symétrie cyclique de la roue aubagée permet de réaliser l'analyse modale de la roue aubagée complète en ne considérant qu'un seul secteur. Pour cela, on se place dans l'espace de Fourier et le problème aux valeurs propres mentionné ci-dessus peut être reformulé de la façon suivante : (K̃_k - ω²M̃_k )X̃_k = 0, avec k correspondant aux ordres de Fourier, K̃_k correspondant à la matrice de raideur du secteur à l'ordre k, M̃_k correspondant à la matrice de masse du secteur à l'ordre k, X̃_k correspondant au vecteur de déplacement du secteur à l'ordre k et ω correspondant aux pulsations propres du secteur. Le problème aux valeurs propres ainsi reformulé est résolu pour chaque ordre k de Fourier. On considère en général les ordres de Fourier k ∈ [0; K], avec : $K = {\begin{cases} \frac{N}{2} & si N est pair, \\ \frac{N - 1}{2} & si N est impair . \end{cases}$
Les valeurs propres obtenues pour chaque ordre de Fourier k correspondent à des valeurs propres de la roue aubagée complète.
Les solutions obtenues pour k = 0 et, lorsque N est pair, $k = \frac{N}{2}$
correspondent respectivement à des modes propres de vibration où tous les secteurs se déforment en phase et à des modes propres de vibration où les secteurs adjacents se déforment en opposition de phase. Les déformées modales de la roue aubagée pour tous les modes propres de vibration associés à chacun de ces deux ordres de Fourier correspondent à une onde stationnaire de déformation.
Pour les autres ordres de Fourier k, les solutions sont doubles et à chaque pulsation propre ω_k , on associe deux vecteurs propres orthogonaux qui forment une base pour les modes propres de vibration associés à ces ordres de Fourier, de telle sorte que toute combinaison linéaire de ces vecteurs est aussi un vecteur propre. Les déformées modales de la roue aubagée pour tous les modes propres de vibration associés à chacun de ces ordres de Fourier correspondent à une onde tournante de déformation qui est la combinaison linéaire de deux ondes stationnaires de déformation de même fréquence. Les deux ondes stationnaires de déformation sont décalées d'un quart de période.
Hormis les déformées modales des modes propres de vibration correspondant à l'ordre de Fourier k = 0, les déformées modales d'une roue aubagée présentent des lignes nodales qui s'étendent radialement par rapport à l'axe longitudinal de la roue aubagée. Ces lignes nodales sont communément appelées « diamètres nodaux » et leur nombre correspond à l'ordre de Fourier k.
Afin d'illustrer cela, les figures 3a à 3d montrent respectivement :

la déformée modale du premier mode de flexion à deux diamètres nodaux de la roue aubagée 23, cette déformée modale étant tournante ;
la déformée modale correspondant à une première O₁ des deux ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂ qui combinées génèrent la déformée modale de la roue aubagée 23 illustrée à la figure 3a ;
la déformée modale correspondant à une deuxième O₂ des deux ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂ qui combinées génèrent la déformée modale de la roue aubagée 23 illustrée à la figure 3a ;
un graphique représentant les première et deuxième ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂ autour de la roue aubagée 23 ; ce graphique montre le déplacement δ des aubes 30 sur toute la circonférence de la roue aubagée 23, les aubes 30 étant numérotées de 1 à N suivant leur ordre d'apparition sur la circonférence de la roue aubagée 23, correspondant à chacune des ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂ ; sur le graphique, le déplacement δ des aubes 30 correspond au déplacement des aubes 30 au sommet de leur bord d'attaque et il est normé par rapport au déplacement maximal desdites aubes 30 ; on observe bien ici que les deux ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂ sont décalées d'un quart de période.

Pour de plus amples informations au sujet de l'analyse modale des roues aubagées, on pourra par exemple se référer aux documents suivants :

Nicolas Salvat, Alain Batailly, Mathias Legrand. Caractéristiques modales des mouvements d'arbre pour des structures à symétrie cyclique. 2013. <hal-00881272v2> ;
Bartholomé Segui Vasquez. Modélisation dynamique des systèmes disques aubes multi-étages : Effets des incertitudes. Other. INSA de Lyon, 2013. French. <NNT : 2013ISAL0057> ;
Denis Laxalde. Etude d'amortisseurs non-linéaires appliqués aux roues aubagées et aux systèmes multi-étages. Mechanics. Ecole Centrale de Lyon, 2007. French. <tel-00344168> ;
Marion Gruin. Dynamique non-linéaire d'une roue de turbine Basse Pression soumise à des excitations structurales d'un turboréacteur. Other. Ecole Centrale de Lyon, 2012. French. <NNT : 2012ECDL0003>. <tel-00750011>.

La figure 4 montre le procédé 100 pour introduire un désaccordage volontaire dans la roue aubagée 23, selon un mode de réalisation de l'invention. Le procédé 100 comprend les étapes suivantes :

a) sélectionner un mode propre de vibration de la roue aubagée 23 à k diamètres nodaux, k étant un nombre entier naturel différent de zéro et, lorsque N est un nombre pair, différent de $\frac{N}{2};$
b) déterminer le déplacement δ des aubes 30 sur toute la circonférence de la roue aubagée 23 pour chacune des deux ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂ de même fréquence f qui combinées génèrent la déformée modale tournante de la roue aubagée 23 au mode propre de vibration sélectionné ;
c) à partir du déplacement δ des aubes 30 ainsi déterminé pour chacune des deux ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂, déterminer les aubes 30 pour lesquelles un ventre de vibration d'une première O₁, O₂ desdites ondes stationnaires de déformation correspond à un noeud de vibration de la deuxième onde stationnaire de déformation O₂, O₁ ;
d) ménager une saillie 31 ou une encoche 32 dans le disque 25 de la roue aubagée 23 en regard de chacune des aubes 30 ainsi déterminées, de sorte à séparer fréquentiellement les deux ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂ et ainsi introduire un désaccordage volontaire dans la roue aubagée 23 par rapport au mode propre de vibration sélectionné.

Le procédé 100 permet de modifier l'une des deux ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂ sans impacter l'autre desdites ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂, assurant ainsi la séparation fréquentielle desdites deux ondes stationnaires de déformation O₁ et O₂ et donc des aubes 30 agencées en regard des encoches 31 par rapport aux autres aubes 30. Le procédé 100 tire avantage du fort couplage dynamique entre les aubes 30 et le disque 25 pour induire une disparité fréquentielle entre les aubes 30 en modifiant la géométrie du disque 25.
Le procédé 100 est particulièrement avantageux car il permet de désaccorder volontairement la roue aubagée 23 hors processus de conception de ladite roue aubagée 23 et sans appliquer un désaccordage systématique qui ne serait pas nécessairement adapté à ladite roue aubagée 23. La roue aubagée 23 peut en effet être désaccordée volontairement une fois la roue aubagée 23 conçue et fabriquée dans la mesure où l'on ne modifie pas directement les aubes 30 mais le disque 25. Par ailleurs, en ne modifiant pas la géométrie ou le matériau des aubes 30, on évite d'impacter leur aérodynamisme.
L'étape a) est par exemple réalisée suite à des essais en soufflerie de la turbomachine 10 et donc de la roue aubagée 23, ayant mis en évidence des phénomènes vibratoires gênants, tels que le flottement à un mode propre de vibration de l'a roue aubagée 23. Ces phénomènes vibratoires gênants peuvent par exemple apparaître sous la forme de fissures au pied des aubes 30. Ces fissures peuvent ensuite être reliées à un phénomène vibratoire particulier, par exemple le flottement, et le ou les modes propres de vibration pour lequel ou lesquels ce phénomène vibratoire apparaît peuvent ensuite être déterminés.
L'étape b) est par exemple réalisée par simulation numérique au moyen d'un logiciel adapté, tel que les logiciels de simulation numérique proposés par ANSYS Inc qui mettent en oeuvre la méthode des éléments finis. Le déplacement δ des aubes 30 sur toute la circonférence de la roue aubagée 23 est par exemple déterminé au sommet du bord d'attaque des aubes 30. On entend par « sommet du bord d'attaque » le point du bord d'attaque des aubes 30 qui est le plus éloigné de l'axe longitudinal 26.
Les figures 5a à 5c illustrent l'étape c) lorsque le mode propre sélectionné à l'étape a) est le premier mode de flexion à deux diamètres nodaux. On observe sur ces figures que les ventres de vibration de la première onde stationnaire de déformation O₁ coïncident avec les noeuds de vibration de la deuxième onde stationnaire de déformation O₂ au niveau de quatre aubes. Il s'agit des aubes numérotées ici 6, 14, 23, et 31. Ces coïncidences sont référencées C₁ à C₄ sur les figures 5a à 5c.
A l'étape c), chaque ventre de vibration de la première onde stationnaire de déformation O₁ peut également coïncider avec un noeud de vibration de la deuxième onde stationnaire de déformation O₂ au niveau de plusieurs aubes 30 adjacentes. Dans ce cas, une saillie 31 ou encoche 32 peut être ménagée dans le disque 25, en regard de chaque série d'aubes 30 adjacentes, sur une amplitude angulaire autour de l'axe longitudinal 26 au moins égale au nombre d'aubes 30 de chaque série multiplié par 360°/N.
Les figures 6a et 6b montrent la roue aubagée 23 après mise en oeuvre du procédé 100, et les figures 7a et 7b montrent plus en détail les encoches 32 ménagées dans le disque 25 à l'étape d).
Les encoches 32 sont ménagées dans la plateforme 27 du disque 25. Les encoches 32 sont ainsi ménagées dans le disque 25 au plus près des aubes 30. Cela permet d'augmenter l'effet de la modification géométrique du disque 25 sur la fréquence des aubes 30.
Les encoches 32 sont de préférence positionnées sur la plateforme 27 de manière symétrique par rapport audit disque 25, afin de s'assurer de l'équilibre dynamique de la roue aubagée 23.
Les encoches 32 s'étendent de préférence sur une amplitude angulaire autour de l'axe longitudinal 26 entre 360°/N et 80°. Dans l'exemple illustré aux figures 6a et 6b, les encoches 32 s'étendent sur une amplitude angulaire sensiblement de 40° autour de l'axe longitudinal 26. On entend par « sensiblement de 40° » le fait que les encoches 32 s'étendent sur une amplitude angulaire de 40° autour de l'axe longitudinal 26 à 5° près.
Les encoches 32 sont par exemple réalisées par lamage. Le lamage appliqué sur le disque 25, plus précisément sur la plateforme 27 du disque 25, est illustré en trait pointillé à la figure 7c.
Dans l'exemple illustré aux figures 6a et 6b, les encoches 32 réalisées dans le disque 25 de la roue aubagée 23 correspondent par exemple à un retrait de matière de la roue aubagée 23 d'environ 5,5% de la masse de la roue aubagée 23 avant mise en oeuvre du procédé 100, et permettent d'obtenir une séparation fréquentielle sensiblement de 4,1% au premier mode de flexion de deux diamètres nodaux entre les aubes 30 se situant en regard des encoches 32 et les autres aubes 30.
Les figures 8a et 8b montrent la roue aubagée 23 après mise en oeuvre du procédé 100, et les figures 9a et 9b montrent plus en détail les saillies 31 ménagées dans le disque 25 à l'étape d).
Les saillies 31 sont ménagées dans la plateforme 27 du disque 25. Les saillies 31 sont ainsi ménagées dans le disque 25 au plus près des aubes 30. Cela permet d'augmenter l'effet de la modification géométrique du disque 25 sur la fréquence des aubes 30.
Les saillies 31 sont de préférence positionnées sur la plateforme 27 de manière symétrique par rapport audit disque 25, afin de s'assurer de l'équilibre dynamique de la roue aubagée 23.
Les saillies 31 s'étendent de préférence radialement depuis la surface intérieure 28 de la plateforme 27 du disque 25. Autrement dit, les saillies 31 s'étendent de préférence radialement depuis la plateforme 27 vers l'axe longitudinal 26.
Dans l'exemple illustré aux figures 9a et 9b, les saillies 31 s'étendent radialement depuis la plateforme 27 et suivant l'axe longitudinal 26 depuis le disque 25.
Dans l'exemple illustré aux figures 9a et 9b, la plateforme 27 comprend à son extrémité agencée en amont par rapport au sens d'écoulement des gaz, une bride s'étendant radialement vers l'axe longitudinal 26. La bride est pourvue d'ouvertures traversantes agencées parallèlement à l'axe longitudinal 26 et configurées pour recevoir des poids, par exemple des boulons, afin de pouvoir rééquilibrer la roue aubagée 23 si besoin. Dans ce cas, les saillies 31 sont de préférence agencées à distance de la bride, afin de libérer un espace entre les saillies 31 et la bride et ainsi ne pas empêcher l'insertion des poids dans les ouvertures.
Les saillies 31 s'étendent de préférence sur une amplitude angulaire autour de l'axe longitudinal 26 entre 360°/N et 80°. Dans l'exemple illustré aux figures 8a et 8b, les saillies 31 s'étendent sur une amplitude angulaire sensiblement de 40° autour de l'axe longitudinal 26. On entend par « sensiblement de 40° » le fait que les encoches 32 s'étendent sur une amplitude angulaire de 40° autour de l'axe longitudinal 26 à 5° près.
Les saillies 31 sont par exemple réalisées par métallisation du disque 25, c'est-à-dire par ajout de matière sur le disque 25. De préférence, les saillies 31 sont réalisées à partir d'un matériau qui est le même que celui à partir duquel le disque 25 est fabriqué, afin de préserver la tenue mécanique et la durée de vie de la roue aubagée 23. Cependant, les saillies 31 peuvent également être réalisées à partir d'un matériau différent de celui à partir duquel le disque 25 est fabriqué.
On comprendra que l'homme du métier saura, à partir de ses connaissances générales, quelle quantité de matière retirée ou ajoutée au disque 25 par rapport à la masse de la roue aubagée 23 avant mise en oeuvre du procédé 100, de sorte à obtenir la séparation fréquentielle souhaitée au mode propre de vibration sélectionné entre les aubes 30 se situant en regard des saillies 31 ou des encoches 32 et celui des autres aubes 30.
La présente invention est décrite ci-dessous en faisant référence à une roue aubagée 23 d'un compresseur 16, 17 de turbomachine 10. Toutefois, l'invention s'applique de la même façon à un rotor 32 d'une turbine 19, 20 ou à une soufflante 13, dans la mesure où ces roues aubagées peuvent être également confrontées à des phénomènes vibratoires gênants, tels que le flottement. Comme on l'aura compris, le procédé proposé est particulièrement intéressant dans le cas de désaccordage autre que une aube sur deux.

Claims

Procédé (100) pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée (23) d'une turbomachine (10), ladite roue aubagée (23) comprenant un disque (25) s'étendant autour d'un axe longitudinal (26) et N aubes (30) réparties de manière régulière autour dudit axe longitudinal (26) et s'étendant radialement par rapport à cet axe (26) depuis le disque (25), N étant un nombre entier naturel non nul, ledit procédé (100) comprenant les étapes suivantes :
a) sélectionner un mode propre de vibration de la roue aubagée (23) à k diamètres nodaux, k étant un nombre entier naturel différent de zéro et, lorsque N est un nombre pair, différent de $\frac{N}{2},$
ledit mode propre étant un mode de vibration dans la plage de fonctionnement de la turbomachine ;

b) déterminer le déplacement (δ) des aubes (30) sur toute la circonférence de la roue aubagée (23) pour chacune des deux ondes stationnaires de déformation (O₁, O₂) de même fréquence (f) qui combinées génèrent la déformée modale tournante de la roue aubagée (23) au mode propre de vibration sélectionné ;

c) à partir du déplacement (δ) des aubes (30) ainsi déterminé pour chacune des deux ondes stationnaires de déformation (O₁, O₂), déterminer les aubes (30) pour lesquelles un ventre de vibration d'une première desdites ondes stationnaires de déformation (O₁, O₂) correspond à un noeud de vibration de la deuxième onde stationnaire de déformation (O₂, O₁) ;

d) ménager une saillie (31) ou une encoche (32) dans le disque (25) de la roue aubagée (23) en regard de chacune des aubes (30) ainsi déterminées, de sorte à séparer fréquentiellement les deux ondes stationnaires de déformation (O₁, O₂) et ainsi à introduire un désaccordage volontaire dans la roue aubagée (23) par rapport au mode propre de vibration sélectionné.
Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel les encoches (32) sont réalisées par lamage ou les saillies (31) sont réalisées par métallisation.
Procédé (100) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le disque (25) comprend une plateforme (27) annulaire à partir de laquelle les aubes (30) s'étendent radialement, les saillies (31) ou les encoches (32) étant ménagées dans ladite plateforme (27) du disque (25).
Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les saillies (31) ou les encoches (32) sont ménagées dans le disque (25) de sorte à s'étendre sur une amplitude angulaire autour de l'axe longitudinal (26) comprise entre 360°/N et 80°.
Roue aubagée (23) d'une turbomachine (10) comprenant un disque (25) s'étendant autour d'un axe longitudinal (26) et N aubes (30) réparties de manière régulière autour dudit axe longitudinal (26) et s'étendant radialement depuis le disque (25), N étant un nombre entier naturel non nul, ladite roue aubagée étant caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de saillies (31) ou d'encoches (32) ménagées dans le disque (25) en regard de chacune des aubes (30) déterminées selon les étapes a) à c) du procédé (100) pour introduire un désaccordage volontaire dans une roue aubagée (23) d'une turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
Roue aubagée (23) selon la revendication 5, dans lequel les encoches (32) sont réalisées par lamage ou les saillies (31) sont réalisées par métallisation.
Roue aubagée (23) selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel le disque (25) comprend une plateforme (27) annulaire à partir de laquelle les aubes (30) s'étendent radialement, les saillies (31) ou les encoches (32) étant ménagées dans ladite plateforme (27) du disque (25).
Roue aubagée (23) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel les saillies (31) ou les encoches (32) sont ménagées dans le disque (25) de sorte à s'étendre sur une amplitude angulaire autour de l'axe longitudinal (26) comprise entre 360°/N et 80°.