FR2975122A1 - ROTOR WITH ASYMMETRIC SPACING OF BLADES - Google Patents

ROTOR WITH ASYMMETRIC SPACING OF BLADES Download PDF

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Abstract

Un appareil de turbine qui comprend un rotor (30) avec une section de moyeu (32) définie autour d'un axe de rotation (A) et une pluralité de pales fixées à la section de moyeu (32). La pluralité de pales comprend un premier groupe comportant un premier espacement angulaire (S1) dans un premier secteur circonférentiel (38A) du rotor (30), et un second groupe comportant un second espacement angulaire (S2) dans un second secteur circonférentiel (38B) du rotor (30). Le premier espacement angulaire (S1) est différent du second espacement angulaire (S2), et les pales de rotor sont asymétriques autour de l'axe de rotation (A).A turbine apparatus that includes a rotor (30) with a hub section (32) defined about an axis of rotation (A) and a plurality of blades attached to the hub section (32). The plurality of blades comprises a first group having a first angular spacing (S1) in a first circumferential sector (38A) of the rotor (30), and a second group having a second angular spacing (S2) in a second circumferential sector (38B). of the rotor (30). The first angular spacing (S1) is different from the second angular spacing (S2), and the rotor blades are asymmetrical about the axis of rotation (A).

Description

La présente invention concerne généralement des systèmes de turbine et de compresseur, et particulièrement la réduction de bruit de rotor. En particulier, l'invention concerne la réduction de bruit pour des rotors, des roues de compresseur et d'autres composants de turbomachine, y compris des rotors de compresseur et de roue pour des groupes auxiliaires de puissance ou APUs (« Auxiliary Power Units »). Des moteurs à turbine sont utilisés dans une large gamme d'applications y compris la production d'énergie électrique, l'aviation, et le chauffage et le refroidissement industriels. Le coeur de turbine est construit autour d'une section de compresseur en série fluidique avec une chambre de combustion et une section de turbine, avec une entrée en amont et un échappement en aval. La section de compresseur comprime de l'air à partir de l'entrée, qui est mélangé avec un combustible dans la chambre de combustion et allumé pour générer un gaz de combustion chaud. La section de turbine extrait de l'énergie à partir du gaz de combustion en expansion, qui est alors évacué à travers l'échappement. Une certaine partie de l'énergie est utilisée pour entraîner la section de compresseur, et l'excès est distribué sous forme de mouvement de rotation ou de poussée propulsive, ou une association de ceux-ci. Les sections de compresseur et de turbine comprennent chacune un nombre de profils de pales de rotor et d'aubes de stator, qui sont agencés dans une série d'étages alternés de pales et d'aubes. Dans des moteurs à grande échelle, deux, trois sections ou plus peuvent être agencées de façon coaxiale dans des corps 2 de haute pression, de basse pression et de pression intermédiaire, qui peuvent tourner à des vitesses différentes, et dans des directions différentes. Dans des turbines à gaz industrielles au sol, l'arbre d'entraînement ou de sortie est accouplé avec une charge externe telle qu'un générateur électrique, ou avec une pompe, une soufflante ou un autre appareil rotatif. Dans des applications d'aviation, le corps bas est accouplé avec une hélice (turbopropulseur) ou un ventilateur de propulsion (machines à turbo-ventilateurs), ou avec un rotor d'hélicoptère ou une voilure tournante (turbomoteurs). Suivant la configuration, l'accouplement peut comprendre une boîte à engrenages pour une commande de vitesse indépendante de l'arbre de ventilateur ou de sortie, par rapport au corps bas. Les groupes auxiliaires de puissance incorporent des moteurs à turbine à gaz d'échelle plus petite (typiquement à un corps), et sont utilisés pour générer de l'énergie électrique et faire fonctionner divers systèmes auxiliaires et accessoires. Dans des applications d'aviation, les APUs génèrent de l'énergie électrique et fournissent de l'air de cabine lorsque l'aéronef est au sol, et fournissent de l'air comprimé au système de prélèvement pour le démarrage de moteur principal. Suivant la configuration, les APUs peuvent également être utilisés en tant que sources de puissance en vol pour le conditionnement d'air et d'autres systèmes de commande de l'environnement, et fournir une puissance d'appoint indépendante ou 3 d'urgence pour des éléments hydrauliques, pneumatiques, électroniques aéronautiques et le pilotage. Dans chacune de ces applications, les rotors de compresseur et de turbine fonctionnent à grandes vitesses. Lorsque des parties des pales atteignent des vitesses transsoniques et supersoniques, elles génèrent des ondes de choc à la fréquence due aux sillages de pales (« Blade Passing Frequency » ou BPF), la fréquence de « son pur » à laquelle des pales individuelles passent par un point fixe donné dans l'espace. Par conséquent, les moteurs à turbine à gaz sont des sources de bruit complexes, et le rotor de compresseur est une source de bruit principale. Dans des APUs et d'autres applications de rotor de type roue, le bruit est dominé par un son pur associé essentiellement à la BPF, qui dépasse la partie de bruit à large bande du spectre acoustique. L'intensité de bruit est également une fonction d'interactions aéro-acoustiques-mécaniques entre les pales de rotor et le fluide moteur, de multiples sons se produisant à une harmonique de la fréquence d'arbre de moteur ou de l'ordre de moteur. L'énergie acoustique se déplace et se redistribue également pour s'éloigner de la BPF lorsque les fronts d'onde de choc se propagent pour s'éloigner du rotor et dans le champ éloigné, entraînant un spectre de bruit à sons multiples avec une caractéristique de son à « scie circulaire ». Un appareil de turbine comprend un rotor avec une section de moyeu et une pluralité de pales. La section de moyeu est définie autour d'un axe de rotation, et 4 est divisée en premier et second secteurs circonférentiels. Les pales sont fixées à la section de moyeu, s'étendant radialement vers l'extérieur. Des pales dans le premier secteur possèdent un premier espacement angulaire, et des pales dans le second secteur possèdent un second espacement angulaire. Le premier espacement angulaire est différent du second espacement angulaire, de sorte que les pales sont asymétriques autour de l'axe de rotation du rotor. The present invention generally relates to turbine and compressor systems, and particularly to rotor noise reduction. In particular, the invention relates to noise reduction for rotors, compressor wheels and other turbomachine components, including compressor and wheel rotors for auxiliary power units or APUs ("Auxiliary Power Units"). ). Turbine engines are used in a wide range of applications including electric power generation, aviation, and industrial heating and cooling. The turbine core is constructed around a fluidic series compressor section with a combustion chamber and a turbine section, with an upstream inlet and a downstream exhaust. The compressor section compresses air from the inlet, which is mixed with a fuel in the combustion chamber and ignited to generate a hot combustion gas. The turbine section extracts energy from the expanding combustion gas, which is then exhausted through the exhaust. Some of the energy is used to drive the compressor section, and the excess is distributed as a rotational or propulsive thrust, or a combination thereof. The compressor and turbine sections each include a number of rotor blade and stator blade profiles, which are arranged in a series of alternating stages of blades and vanes. In large-scale motors, two, three or more sections may be arranged coaxially in bodies of high pressure, low pressure and intermediate pressure, which can rotate at different speeds, and in different directions. In industrial floor-mounted gas turbines, the drive or output shaft is coupled with an external load such as an electric generator, or with a pump, blower, or other rotating apparatus. In aviation applications, the low body is coupled with a propeller (turboprop) or a propulsion fan (turbo-fan machines), or with a helicopter rotor or rotary wing (turboshaft engines). Depending on the configuration, the coupling may include a gearbox for speed control independent of the fan or output shaft, relative to the low body. The auxiliary power units incorporate smaller scale (typically one-body) gas turbine engines, and are used to generate electrical power and operate various auxiliary systems and accessories. In aviation applications, APUs generate electrical power and provide cabin air when the aircraft is on the ground, and provide compressed air to the sampling system for main engine starting. Depending on the configuration, the APUs can also be used as in-flight power sources for air conditioning and other environmental control systems, and provide independent or emergency 3 backup power for hydraulic, pneumatic, aeronautical electronic elements and piloting. In each of these applications, the compressor and turbine rotors operate at high speeds. When parts of the blades reach transonic and supersonic velocities, they generate shock waves at the frequency due to blade wakes ("Blade Passing Frequency" or BPF), the frequency of "pure sound" at which individual blades pass through. a given fixed point in space. As a result, gas turbine engines are complex sources of noise, and the compressor rotor is a major noise source. In APUs and other wheel-type rotor applications, the noise is dominated by pure sound associated primarily with GMP, which exceeds the broadband noise portion of the acoustic spectrum. The noise intensity is also a function of aero-acoustic-mechanical interactions between the rotor blades and the driving fluid, multiple sounds occurring at a harmonic of the motor shaft frequency or engine order . Acoustic energy also moves and redistributes away from the GMP as the shock wave fronts propagate away from the rotor and into the far field, resulting in a multi-tone noise spectrum with a characteristic from his to "circular saw". A turbine apparatus comprises a rotor with a hub section and a plurality of blades. The hub section is defined about an axis of rotation, and 4 is divided into first and second circumferential sectors. The blades are attached to the hub section, extending radially outward. Blades in the first sector have a first angular spacing, and blades in the second sector have a second angular spacing. The first angular spacing is different from the second angular spacing, so that the blades are asymmetrical about the axis of rotation of the rotor.

La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une turbomachine avec un espacement asymétrique de pales de rotor. La figure 2A est une vue en perspective d'un rotor avec un espacement asymétrique de pales, dans un mode 15 de réalisation à nombre pair de pales. La figure 2B est une vue en perspective d'un rotor avec un espacement asymétrique de pales, dans un mode de réalisation à nombre impair de pales. La figure 3 est un graphique de spectre de 20 fréquence pour un rotor de turbomachine. La figure 4A est un graphique de contour de champ de vitesses pour un rotor avec un espacement symétrique de pales. La figure 4B est un graphique de contour de champ 25 de vitesses pour un rotor avec un espacement asymétrique de pales. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une turbomachine 10 avec un espacement asymétrique de pales de rotor. Dans ce mode de réalisation particulier, 30 une turbomachine 10 comprend un groupe auxiliaire de puissance avec une chambre d'entrée 12, un accouplement ou arbre à denture trapézoïdale 14, une roue de travail 16 et une roue de hauteur de charge 18. La roue de travail 16 et la roue de hauteur de charge 18 tournent conjointement autour d'un axe de turbine A, 5 accouplées par l'accouplement à denture trapézoïdale 14. La roue de travail 16 et la roue de hauteur de charge 18 comportent un espacement asymétrique de pales pour réduire des pulsations et vibrations de pression, augmentant la durée de vie et réduisant le profil de bruit ambiant de la turbomachine 10. La chambre d'entrée 12 se divise en une entrée de charge 20 pour la roue de travail 16 (sur la gauche sur la figure 1) et une entrée de hauteur de charge 22 pour la roue de hauteur de charge 18 (sur la droite, faisant face à la roue de travail 16). De l'air (ou un autre fluide compressible) est aspiré à travers l'entrée 20 de la roue de travail 16, qui comprime le fluide pour un système d'air de prélèvement ou un réservoir pneumatique, ou pour une autre alimentation en fluide comprimé. L'entrée 22 fournit de l'air à la roue de hauteur de charge 18, qui comprime l'air pour la section de chambre de combustion de la turbomachine 10. Un rotor de turbine extrait de l'énergie de rotation à partir du gaz de combustion en expansion, entraînant la roue de hauteur de charge 18 et la roue de travail 16 par l'intermédiaire de l'arbre 14. Suivant le mode de réalisation, l'arbre 14 est également accouplé avec une boîte à engrenages, un générateur ou un autre dispositif accessoire. 6 Les roues 16 et 18 tournent à grande vitesse, générant des ondes de choc à la fréquence due aux sillages de pales. Afin de réduire des vibrations et d'abaisser le profil de sortie de bruit de scie circulaire caractéristique, les rotors 16 et 18 possèdent un espacement asymétrique de pales. Ceci réduit l'énergie acoustique à la BPF, déplaçant l'énergie à d'autres ordres et fréquences de moteur. Dans des modes de réalisation à deux rotors, la roue de travail 16 et la roue de hauteur de charge 18 possèdent le même nombre de pales, et la roue de travail 16 est synchronisée ou tournée sur l'accouplement à denture trapézoïdale 14 par rapport à la roue de hauteur de charge 18. Par conséquent, les pales de roue de travail tournent de façon déphasée avec les pales de hauteur de charge, réduisant davantage les effets de bruit et de vibration tels qu'ils sont décrits ci-dessous. La figure 2A est une vue en perspective d'un rotor 30 pour une turbomachine, avec un espacement asymétrique de pales. Dans ce mode de réalisation particulier, le rotor 30 comprend une roue de travail ou roue de hauteur de charge pour un groupe auxiliaire de puissance. En variante, le rotor 30 comprend une roue, un rotor de compresseur ou un rotor de turbine pour un APU, un réacteur à double écoulement, un turbopropulseur ou turbomoteur, ou un autre composant de turbomachine à pales tel qu'un rotor pour une pompe, une soufflante ou une turbine. Figure 1 is a cross-sectional view of a turbomachine with an asymmetric spacing of rotor blades. Figure 2A is a perspective view of a rotor with asymmetric blade spacing in an even number embodiment of blades. Figure 2B is a perspective view of a rotor with asymmetric blade spacing, in an odd number embodiment of blades. Figure 3 is a frequency spectrum graph for a turbomachine rotor. Figure 4A is a velocity field contour graph for a rotor with symmetrical blade spacing. Figure 4B is a velocity field contour graph for a rotor with asymmetric blade spacing. Figure 1 is a cross-sectional view of a turbomachine with an asymmetrical rotor blade spacing. In this particular embodiment, a turbomachine 10 comprises an auxiliary power unit with an inlet chamber 12, a trapezoidal tooth coupling or shaft 14, a work wheel 16 and a load height wheel 18. The wheel The work wheel 16 and the load height wheel 18 rotate together about a turbine axis A, 5 coupled by the trapezoidal gear coupling 14. The work wheel 16 and the load height wheel 18 have an asymmetrical spacing. blades for reducing pulsations and pressure vibrations, increasing the service life and reducing the ambient noise profile of the turbomachine 10. The inlet chamber 12 is divided into a load inlet 20 for the working wheel 16 (on the left in Fig. 1) and a load height input 22 for the load height wheel 18 (on the right, facing the work wheel 16). Air (or other compressible fluid) is drawn through the inlet 20 of the working wheel 16, which compresses the fluid for a bleed air system or a pneumatic reservoir, or for another fluid supply. compressed. The inlet 22 supplies air to the load height wheel 18, which compresses the air for the combustion chamber section of the turbomachine 10. A turbine rotor extracts rotational energy from the gas expanding combustion, driving the load height wheel 18 and the working wheel 16 through the shaft 14. According to the embodiment, the shaft 14 is also coupled with a gearbox, a generator or another accessory device. The wheels 16 and 18 rotate at high speed, generating shock waves at the frequency due to blade wakes. In order to reduce vibration and lower the characteristic circular saw noise output profile, the rotors 16 and 18 have an asymmetric blade spacing. This reduces the acoustic energy at the GMP, moving energy to other motor orders and frequencies. In two-rotor embodiments, the work wheel 16 and the load height wheel 18 have the same number of blades, and the work wheel 16 is synchronized or rotated on the trapezoidal gear coupling 14 with respect to the load height wheel 18. As a result, the work wheel blades rotate out of phase with the load height blades, further reducing the noise and vibration effects as described below. Figure 2A is a perspective view of a rotor for a turbomachine, with asymmetric blade spacing. In this particular embodiment, the rotor 30 includes a work wheel or load height wheel for an auxiliary power unit. In a variant, the rotor 30 comprises a wheel, a compressor rotor or a turbine rotor for an APU, a double flow reactor, a turboprop or turbine engine, or another blade turbine engine component such as a rotor for a pump. , a blower or a turbine.

Le rotor 30 comprend une section de moyeu tronconique 32 avec des pales principales (longues) 34 7 et des pales directrices (courtes) 36 en alternance. En variante, le rotor 30 est appelé tambour ou disque rotor, et la section de moyeu 32 peut posséder une forme généralement conique, cylindrique ou de tonneau. The rotor 30 includes a frustoconical hub section 32 with main (long) blades 34 and alternately steered (short) vanes 36. Alternatively, the rotor 30 is called the rotor drum or disc, and the hub section 32 may have a generally conical, cylindrical or barrel shape.

Dans des modes de réalisation de roue et de compresseur, le rotor 30 est typiquement formé d'un métal léger et résistant, tel que du titane, ou un alliage similaire. Dans des modes de réalisation de turbine, le rotor 30 est formé de matériaux à haute température tels que du nickel, du cobalt et des alliages ou superalliages à base de fer. En variante, le rotor 30 est formé à partir d'une gamme d'autres matériaux, y compris de l'aluminium, du laiton et d'autres métaux, ou à partir de graphite, de polymères et de matériaux composites. Suivant le mode de réalisation, les pales 34 et les pales directrices 36 (si elles sont présentes) peuvent être formées de façon intégrée avec la section de moyeu 32, par exemple en moulant ou en usinant une pièce coulée ou forgée unique. En variante, les pales 34 et les pales directrices 36 sont formées séparément, et fixées à la section de moyeu 32 par soudage, ou en utilisant une fixation mécanique à l'emplanture. In wheel and compressor embodiments, the rotor 30 is typically formed of a light and strong metal, such as titanium, or a similar alloy. In turbine embodiments, the rotor 30 is made of high temperature materials such as nickel, cobalt, and iron based alloys or superalloys. Alternatively, the rotor 30 is formed from a range of other materials, including aluminum, brass, and other metals, or from graphite, polymers, and composite materials. According to the embodiment, the blades 34 and the guide vanes 36 (if present) can be integrally formed with the hub section 32, for example by molding or machining a single cast or forged piece. Alternatively, the blades 34 and the guide vanes 36 are formed separately, and attached to the hub section 32 by welding, or using a mechanical attachment to the root.

Comme cela est représenté sur la figure 2A, le rotor 30 comprend un nombre pair de pales principales 34 et de pales directrices 36, par exemple seize. Les pales principales 34 sont espacées de façon circonférentielle autour du rotor 30, s'étendant radialement à partir de la section de moyeu 32 et 8 axialement le long de l'axe de rotation A. Les pales directrices 36 sont entre les pales principales 34. Les pales principales 34 sont divisées en un premier secteur de 180° 38A comprenant sept pales 34 avec un premier espacement entre pales S1 25,7°, et second secteur de 180° 38B comprenant neuf pales 34 avec un second espacement entre pales S2 20,0°. Le premier espacement de pales S1 est ainsi différent du second espacement de pales S2, afin de réduire des vibrations et d'abaisser le profil de bruit de scie circulaire en déplaçant l'énergie acoustique hors de la fréquence due aux sillages de pales. L'espacement de pales est une mesure angulaire, s'étendant de façon circonférentielle autour de l'axe A entre les centres ou milieux de pales principales adjacentes 34, à travers les pales directrices 36. En général, la séparation angulaire reste constante, alors que la distance de séparation réelle entre les pales 34 varie dans la direction radiale (à savoir, s'éloignant de la section de moyeu 32, perpendiculaire à l'axe de rotation). En variante, les espacements angulaires S1 et S2 diffèrent essentiellement dans les régions transsoniques et supersoniques des pales 34, où les ondes de choc se forment. Dans ces modes de réalisation, les espacements angulaires S1 et S2 sont définis à une hauteur d'envergure particulière, par exemple une hauteur d'envergure de 90 ou à l'embout de pale (hauteur d'envergure de 100 ô). Dans ces modes de réalisation, le rotor 30 et le 30 moyeu 32 sont divisés en deux secteurs circonférentiels égaux 38A et 38B, avec des nombres de pales différents N1 et N2. Chaque secteur occupe la moitié du cercle de rotor (à savoir, 180° en angle circonférentiel), correspondant à des espacements de pales S1 = 180°/Nl et S2 = 180°/N2, respectivement. As shown in FIG. 2A, the rotor 30 comprises an even number of main blades 34 and guide vanes 36, for example sixteen. The main blades 34 are circumferentially spaced around the rotor 30, extending radially from the hub section 32 and 8 axially along the axis of rotation A. The guide vanes 36 are between the main blades 34. The main blades 34 are divided into a first sector of 180 ° 38A comprising seven blades 34 with a first spacing between blades S1 25.7 °, and second sector of 180 ° 38B comprising nine blades 34 with a second spacing between blades S2 20, 0 °. The first blade spacing S1 is thus different from the second blade pitch S2, in order to reduce vibrations and to lower the circular saw noise profile by displacing the acoustic energy out of the frequency due to blade wakes. The blade spacing is an angular measurement, extending circumferentially about the axis A between the adjacent main blade centers or media 34, through the guide blades 36. In general, the angular separation remains constant, then that the actual separation distance between the blades 34 varies in the radial direction (i.e., moving away from the hub section 32, perpendicular to the axis of rotation). Alternatively, the angular spacings S1 and S2 differ essentially in the transonic and supersonic regions of the blades 34, where the shock waves are formed. In these embodiments, the angular spacings S1 and S2 are defined at a particular span height, for example a span height of 90 or at the blade tip (span height 100 δ). In these embodiments, the rotor 30 and the hub 32 are divided into two equal circumferential sectors 38A and 38B, with different blade numbers N1 and N2. Each sector occupies half of the rotor circle (i.e., 180 ° circumferential angle), corresponding to blade spacings S1 = 180 ° / N1 and S2 = 180 ° / N2, respectively.

Pour des nombres pairs de pales N, le premier secteur 38A comprend N1 = N/2 - 1 ou moins de pales 34 (et pales directrices 36), et le second secteur 38B comprend N2 = N/2 + 1 ou plus de pales 34 (et pales directrices 36). L'espacement angulaire est défini pour chacune des paires de pales adjacentes dans les groupes correspondants de pales. Les pales à la périphérie de chaque secteur posséderont un espacement plus important sur un côté (par exemple, vers le secteur 38A), et un espacement de pales plus petit sur l'autre côté (par exemple, vers le secteur 38B). For even numbers of N blades, the first sector 38A comprises N1 = N / 2 - 1 or less blades 34 (and guide blades 36), and the second sector 38B includes N2 = N / 2 + 1 or more blades 34 (and steering blades 36). The angular spacing is defined for each of the pairs of adjacent blades in the corresponding groups of blades. The blades on the periphery of each sector will have a larger spacing on one side (for example, towards the sector 38A), and a smaller blade spacing on the other side (for example, towards the sector 38B).

Dans ces modes de réalisation à nombre pair de pales, les nombres de pales N1 et N2 dans les secteurs 38A et 38B diffèrent selon un nombre pair. Dans le mode de réalisation nominal ou de premier ordre, donc, N1 = N/2 - 1 et N2 = N/2 + 1, avec une différence de pale de N2 - N1 = 2. Dans ce mode de réalisation, l'espacement de pales est : 0 S1(pair) - 180 [ 1 ] N/2-1 0 S2(pair) - 180 [2] N/2+1 In these even-numbered embodiments of blades, the numbers of blades N1 and N2 in sectors 38A and 38B differ by an even number. In the nominal or first order embodiment, therefore, N1 = N / 2 - 1 and N2 = N / 2 + 1, with a blade difference of N2 - N1 = 2. In this embodiment, the spacing of blades is: 0 S1 (even) - 180 [1] N / 2-1 0 S2 (even) - 180 [2] N / 2 + 1

Dans d'autres modes de réalisation (à déplacement d'ordre plus élevé), les nombres de pales peuvent différer de quatre, six ou plus, et l'espacement de pales varie par conséquent. Il est également possible 30 de diviser des nombres pairs de pales et de pales et25 10 directrices en deux jeux égaux de N1 = N2 = N/2 pales chacun, et de définir des secteurs circonférentiels inégaux de tailles angulaires différentes. Dans ces modes de réalisation, un jeu de pales occupe plus de 180° de la circonférence de rotor et l'autre jeu de pales occupe moins de 180°, et l'espacement de pales varie par conséquent. Les pales directrices 36 sont également divisées en groupes 38A et 38B. Typiquement, l'espacement entre les pales 34 et les pales directrices 36 adjacentes est la moitié de l'espacement entre pales, donc l'espacement entre pales directrices dans chaque secteur est sensiblement égal aux espacements entre pales S1 et S2, respectivement. En variante, les pales directrices 36 sont déplacées par rapport aux pales 34, et l'espacement entre pales et l'espacement entre pales directrices varient. Un espacement asymétrique non uniforme de pales est contraire aux enseignements généraux et au sens commun dans l'art, à savoir que les pales et les pales directrices doivent être agencées symétriquement pour réduire le déséquilibre. En général, l'équilibre est maintenu en usinant ou fraisant la section de moyeu 32 pour compenser une redistribution de masse en raison des espacements de pales S1 et S2 différents. Du matériau peut être ajouté ou ôté, par exemple sur une plage d'équilibre ou un pourtour d'équilibre, ou le long de l'alésage de roue ou la face arrière de la partie tronconique de la section de moyeu 32. En variante, l'équilibre est maintenu en perçant ou en formant des orifices dans le rotor 30, en ajoutant ou 11 en réglant des poids d'équilibre, ou par l'intermédiaire de faux rond ou de décalage intentionnel ou en modifiant le diamètre primitif de denture trapézoïdale. In other (higher order displacement) embodiments, the number of blades may differ by four, six or more, and the blade spacing therefore varies. It is also possible to divide even numbers of blades and vanes and vanes into two equal sets of N1 = N2 = N / 2 vanes each, and to define unequal circumferential sectors of different angular sizes. In these embodiments, one set of blades occupies more than 180 ° of the rotor circumference and the other set of blades occupies less than 180 °, and the blade spacing therefore varies. The guide vanes 36 are also divided into groups 38A and 38B. Typically, the spacing between the blades 34 and the adjacent guide blades 36 is half of the blade spacing, so the spacing between the guide vanes in each sector is substantially equal to the inter-blade spacings S1 and S2, respectively. Alternatively, the guide vanes 36 are displaced relative to the vanes 34, and the spacing between vanes and the spacing between the vanes varies. Non-uniform asymmetric blade spacing is contrary to general teachings and common sense in the art that blades and guide vanes must be arranged symmetrically to reduce imbalance. In general, the balance is maintained by machining or milling the hub section 32 to compensate for mass redistribution due to different blade spacings S1 and S2. Material may be added or removed, for example over an equilibrium range or an equilibrium circumference, or along the wheel bore or the rear face of the frustoconical portion of the hub section 32. Alternatively, the balance is maintained by drilling or forming apertures in the rotor 30, by adding or by adjusting equilibrium weights, or by false round or intentional shifting or by modifying the pitch diameter of trapezoidal teeth .

Alors que l'espacement angulaire entre les pales varie, cependant, les pales 34 peuvent être caractérisées par un profil géométrique sensiblement identique. En particulier, les pales 34 de la figure 2A possèdent toutes sensiblement la même matrice de masse et de raideur, fournissant sensiblement les mêmes valeurs propres, fréquences de vibrations naturelles et formes de mode correspondantes. Ceci est différent des techniques de déréglage de pales, dans lesquelles des pales individuelles possèdent des profils géométriques différents, des matrices de masse et de raideur différentes, et des valeurs propres et des fréquences naturelles différentes. La figure 2B est une vue en perspective d'une variante de rotor 30 pour une turbomachine, avec un espacement asymétrique de pales. Le rotor 30 comprend une section de moyeu 32, des pales principales 34 et des pales directrices 36. Pour des nombres impairs de pales N, comme cela est représenté sur la figure 2B, le premier secteur 38A comprend (N-1)/2 ou moins de pales 34 (et pales directrices 36), et le second secteur 38B comprend (N+l)/2 ou plus de pales 34 (et pales directrices 36). Dans ce cas, la différence de nombre de pales est impaire. Pour le cas nominal ou de premier ordre N1 = (N-1)/2 et N2 = (N1+1)/2 (à savoir, N2 - N1 = 1), l'espacement de pales correspondant est : 3600 S1(impair) = , [3] N-1 36001 S2(impair) =. [4] Dans un mode de réalisation particulier, le rotor 30 comprend quinze pales principales 34 et quinze pales directrices 36, comme cela est représenté sur la figure 2B. Le premier secteur 38A comprend sept pales 34 avec l'espacement angulaire S1 25,7°, et le second secteur 38B comprend huit pales 34 avec l'espacement angulaire S2 25,0°. Le premier espacement de pales S1 est ainsi supérieur au second espacement de pales S2, et les pales sont asymétriques autour de l'axe de rotor. While the angular spacing between the blades varies, however, the blades 34 may be characterized by a substantially identical geometric profile. In particular, the blades 34 of Figure 2A all have substantially the same matrix of mass and stiffness, providing substantially the same eigenvalues, natural vibration frequencies and corresponding mode shapes. This is different from blade tuning techniques, in which individual blades have different geometric profiles, different matrices of mass and stiffness, and different eigenvalues and natural frequencies. FIG. 2B is a perspective view of a rotor variant 30 for a turbomachine, with asymmetrical blade spacing. The rotor 30 comprises a hub section 32, main blades 34 and guide blades 36. For odd numbers of blades N, as shown in FIG. 2B, the first sector 38A comprises (N-1) / 2 or fewer blades 34 (and guide blades 36), and the second sector 38B comprises (N + 1) / 2 or more blades 34 (and guide blades 36). In this case, the difference in the number of blades is odd. For the nominal or first-order case N1 = (N-1) / 2 and N2 = (N1 + 1) / 2 (ie, N2 - N1 = 1), the corresponding blade spacing is: 3600 S1 (odd ) =, [3] N-1 36001 S2 (odd) =. [4] In a particular embodiment, the rotor 30 comprises fifteen main blades 34 and fifteen guide blades 36, as shown in Figure 2B. The first sector 38A comprises seven blades 34 with the angular spacing S1 25.7 °, and the second sector 38B comprises eight blades 34 with the angular spacing S2 25.0 °. The first blade spacing S1 is thus greater than the second blade pitch S2, and the blades are asymmetrical around the rotor axis.

L'espacement asymétrique de pales réduit le niveau de vibrations de rotor et de pale en raison de l'accouplement aéromécanique, et abaisse l'intensité sonore et l'impact sur l'environnement du champ acoustique généré. En particulier, l'espacement asymétrique de pales réduit le bruit de fréquence de roue à la BPF en réduisant le tenseur de contrainte de turbulence de Lighthill, par rapport à un rotor avec une distribution symétrique du même nombre de pales. L'espacement asymétrique de pales réduit également l'amplitude d'oscillations de pression aérodynamique subies par les aubes de diffuseur, maintenant l'intégrité d'aube en réduisant des effets de résonance aux fréquences de vibrations naturelles. En particulier, l'espacement asymétrique de pales réduit l'amplitude d'excitations de pression par l'intermédiaire d'effets et 13 harmoniques, réduisant la vraisemblance de dégâts ou de pannes dus à la fatigue mégacyclique (« High Cycle Fatigue » ou HCF), qui peuvent se produire lorsque des contraintes cycliques dépassent les limites d'endurance du matériau d'aube. Les effets de vibration sont réduits davantage par synchronisation déphasée de multiples rotors, comme cela est décrit davantage ci-dessous. La figure 3 est un graphique de spectre de fréquence pour un rotor de turbine. La fréquence est donnée le long de l'axe horizontal, avec l'amplitude le long de la verticale, les deux en unités arbitraires. Les pics de fréquence sont indiqués par ordre de moteur (FO). Asymmetric blade spacing reduces the level of rotor and blade vibration due to aeromechanical coupling, and lowers the sound intensity and environmental impact of the generated acoustic field. In particular, the asymmetric blade spacing reduces the wheel frequency noise at the GMP by reducing the Lighthill turbulence stress tensor, compared to a rotor with a symmetrical distribution of the same number of blades. Asymmetric blade spacing also reduces the amplitude of aerodynamic pressure oscillations experienced by diffuser vanes, maintaining blade integrity by reducing resonance effects at natural vibration frequencies. In particular, asymmetric blade spacing reduces the amplitude of pressure excitations through effects and 13 harmonics, reducing the likelihood of damage or failure due to high cycle fatigue (HCF). ), which can occur when cyclic stresses exceed the endurance limits of the blade material. The vibration effects are further reduced by phase shifted synchronization of multiple rotors, as described further below. Fig. 3 is a frequency spectrum graph for a turbine rotor. The frequency is given along the horizontal axis, with the amplitude along the vertical, both in arbitrary units. Frequency peaks are indicated by motor order (FO).

Les sources de vibrations de rotor peuvent être séparées en deux catégories ou types principaux : mécanique et aérodynamique. Les causes mécaniques sont connexes à des caractéristiques dynamiques du rotor, et sont influencées par un nombre de facteurs, y compris un déséquilibre, un désalignement de support de palier, un faux rond d'arbre, et des pièces endommagées ou en frottement. Les causes aérodynamiques sont connexes à des pulsations de pression à des multiples distincts de la fréquence de rotation de rotor et du nombre de pales (à savoir, des multiples de la BPF). Les sources aérodynamiques proviennent de perturbations générées par les pales 34, qui sont transmises au rotor 30. Dans le spectre de fréquence de rotor, le premier ordre de moteur (1EO) représente l'effet de déséquilibre de rotor. Les deuxièmes, troisièmes, quatrièmes, sixièmes, huitièmes et autres harmoniques sont dues à des facteurs mécaniques, comme cela est décrit ci-dessus. Un rotor ou une roue avec seize pales principales, par exemple, présentera des effets dynamiques caractérisés par les deuxième (2E0), The sources of rotor vibration can be separated into two main categories or types: mechanical and aerodynamic. Mechanical causes are related to the dynamic characteristics of the rotor, and are influenced by a number of factors, including unbalance, misalignment of bearing support, false shaft, and damaged or rubbed parts. The aerodynamic causes are related to pressure pulsations at multiples distinct from the rotor rotation frequency and the number of blades (ie, multiples of the GMP). The aerodynamic sources arise from perturbations generated by the blades 34, which are transmitted to the rotor 30. In the rotor frequency spectrum, the first motor order (1EO) represents the rotor imbalance effect. The second, third, fourth, sixth, eighth and other harmonics are due to mechanical factors, as described above. A rotor or a wheel with sixteen main blades, for example, will have dynamic effects characterized by the second (2E0),

quatrième (4E0) et huitième (8E0) ordres de moteur, en raison des facteurs communs de deux, quatre et huit. Un rotor ou une roue avec quinze pales principales présentera des effets dynamiques caractérisés par les troisième (3E0) et cinquième (5E0) ordres de moteur, en fourth (4E0) and eighth (8E0) engine orders, because of the common factors of two, four and eight. A rotor or a wheel with fifteen main blades will present dynamic effects characterized by the third (3E0) and fifth (5E0) engine orders, in

raison des facteurs communs de trois et cinq. because of the common factors of three and five.

Le champ acoustique est décrit par une équation d'onde inhomogène, qui peut être dérivée à partir des équations de Navier-Stokes. En utilisant la notation d'Einstein : 2 at~ - co2V2p = ~ [5] où p est la densité d'air ou de fluide, co est la vitesse du bruit ambiant et Ti7 est le tenseur de contrainte de turbulence de Lighthill. La génération de The acoustic field is described by an inhomogeneous wave equation, which can be derived from the Navier-Stokes equations. Using Einstein's notation: 2 at ~ - co2V2p = ~ [5] where p is the density of air or fluid, co is the velocity of ambient noise and Ti7 is the Lighthill turbulence stress tensor. The generation of

son (bruit) est attribuée au côté droit de cette équation. its (noise) is attributed to the right side of this equation.

Le tenseur de contrainte de turbulence de Lighthill est en outre défini par : 2 Tu = pu;uj - au + (p - co p)6a, avec des composantes de vitesse vi et vi, une contribution de contrainte visqueuse oij et une pression p. Le terme pviv est le tenseur de contrainte de Reynolds, représentant la convention irrégulière d'écoulement. Le tenseur de contrainte visqueuse oij The Lighthill turbulence stress tensor is further defined by: 2 Tu = pu; uj - at + (p - co p) 6a, with velocity components vi and vi, a viscous stress contribution oij and a pressure p . The term pviv is the Reynolds stress tensor, representing the irregular flow convention. The viscous stress tensor oij

représente le bruit généré par cisaillement, et la [6] pression p est incorporée dans le terme acoustique ou sonore non linéaire (p-co2p), le delta de Kronecker 5i étant défini pour être un pour i = j et zéro pour i j. Les composants de turbine à pales génèrent des pulsations de pression avec une composante distincte forte à la fréquence due aux sillages de pales, par exemple à une BPF correspondant à 15E0 ou 16E0, suivant le nombre de pales. Pour un rotor comportant des caractéristiques dynamiques exprimées en harmoniques de l'ordre de moteur, l'amplitude de BPF influencera en général la stabilité de rotor. Dans un rotor avec un espacement asymétrique de pales, les caractéristiques de champ de pression périodiques et cycliques sont réduites par l'introduction de deux secteurs de pales comportant différents nombres de pales N1 et N2, avec différents espacements angulaires S1 et S2. La fonction de pression est exprimée en termes d'une série de Fourier dans la fréquence BPF : P(t)=Po+a~sin(lEOxt+al)+...+aNsin[(N)EOxt+aN)+... [7] Les coefficients an représentent les amplitudes relatives de la fonction sinusoïdale à chaque ordre de moteur, et à une phase relative an. L'indice n va de n = 1 pour le premier ordre de moteur 1EO, à des harmoniques d'ordre n = N et plus. Dans une configuration asymétrique à nombre impair avec N1 = (N-1)/2 pales à l'espacement S1 30 et N2 = (N+l)/2 pales à l'espacement S2, il y a des contributions importantes aux ordres de moteur 2Nl = N - 1 et 2N2 = N + 1 : P(t) = Po + b~ sin(lEO x t + /31) + ... + bN sin[(N -1)EO x t + NN-1] [ 8 ] + bN sin[(N)EO x t + NN ] + bN+1 sin[(N + 1)EO x t + NN+1] + ... En particulier, la configuration asymétrique possède les caractéristiques suivantes d'amplitude de pression aérodynamique : 1 aN 1(assymétrique) < 1 + £ bN ~ (symétrique) , [ 9A] (assymétrique) < 1 bN (symétrique) , [9B] 1+s 1 aN+1(assymétrique) < 1 + £ bN+1 (symétrique) . [9C] 15 La différence ou le coefficient de réduction d'amplitude (s) est environ trente pour cent (30 %) ou plus (à savoir, s ? 0,30). Inversement, donc, des amplitudes non modifiées (symétriques) bN-1, bN et bN+1 sont au moins supérieures de 30 ô à des amplitudes 20 modifiées (asymétriques) aN-1, aN et aN+1. represents the noise generated by shear, and the [6] pressure p is incorporated into the nonlinear acoustic or acoustic term (p-co2p), the Kronecker delta 5i being defined to be one for i = j and zero for i j. The blade turbine components generate pressure pulsations with a distinct strong component at the frequency due to the blade wakes, for example a GMP corresponding to 15E0 or 16E0, depending on the number of blades. For a rotor having dynamic characteristics expressed in harmonics of the motor order, the amplitude of BPF will generally influence the rotor stability. In a rotor with asymmetric blade spacing, the periodic and cyclic pressure field characteristics are reduced by the introduction of two blade sectors having different numbers of blades N1 and N2, with different angular spacings S1 and S2. The pressure function is expressed in terms of a Fourier series in the BPF frequency: P (t) = Po + a ~ sin (lEOxt + al) + ... + aNsin [(N) EOxt + aN) +. .. [7] The coefficients an represent the relative amplitudes of the sinusoidal function at each motor order, and at a relative phase an. The index n goes from n = 1 for the first motor order 1EO, to harmonics of order n = N and more. In an odd-numbered asymmetric configuration with N1 = (N-1) / 2 blades at spacing S1 and N2 = (N + 1) / 2 blades at spacing S2, there are significant contributions to motor 2Nl = N - 1 and 2N2 = N + 1: P (t) = Po + b ~ sin (lEO xt + / 31) + ... + bN sin [(N -1) EO xt + NN-1] [8] + bN sin [(N) EO xt + NN] + bN + 1 sin [(N + 1) EO xt + NN + 1] + ... In particular, the asymmetric configuration has the following amplitude characteristics aerodynamic pressure: 1 aN 1 (asymmetrical) <1 + £ bN ~ (symmetrical), [9A] (asymmetrical) <1 bN (symmetrical), [9B] 1 + s 1 aN + 1 (asymmetric) <1 + £ bN + 1 (symmetrical). [9C] The difference or magnitude reduction coefficient (s) is about thirty percent (30%) or more (i.e., s = 0.30). Conversely, therefore, unmodified (symmetrical) amplitudes bN-1, bN and bN + 1 are at least 30 δ greater than the (asymmetric) amplitudes aN-1, aN and aN + 1.

Pour le cas d'un rotor à quinze pales (quinze pales directrices) divisé en deux groupes de sept et huit pales, respectivement, secteur de sept pales génère un 25 BPF à l'ordre de moteur 14E0 (à second secteur de huit pales génère un signal de pression de BPF à l'ordre de moteur 16E0 (à savoir, 2 x 8). Ceci donne : 10 et signal de savoir, 2 ou secteurs le premier pression de x 7), et le a14 < 1 xb14, [10A] 1+s a15 < 1 x b15 , [10B] 1+s 1 a16 <1+£ Xb16 . [1OC] Le facteur de réduction est au moins 30 % dans ces ordres de moteur, comme cela est décrit ci-dessus. Pour des nombres pairs de pales N, le rotor est For the case of a fifteen-blade rotor (fifteen steer blades) divided into two groups of seven and eight blades, respectively, seven-blade sector generates a 25 BPF at engine order 14E0 (at the second sector of eight blades generates a BPF pressure signal at motor order 16E0 (i.e., 2 x 8) This gives: and signal to know, 2 or sectors the first pressure of x 7), and the a14 <1 xb14, [ 10A] 1 + s a15 <1 x b15, [10B] 1 + s 1 a16 <1 + £ Xb16. [1OC] The reduction factor is at least 30% in these motor orders, as described above. For even numbers of N blades, the rotor is

10 divisé en un premier secteur avec N1 = N/2 - 1 pales à l'espacement S1, et un second secteur avec N2 = N/2 + 1 pales à l'espacement S2. Les contributions asymétriques apparaissent aux ordres de moteur (N-2)EO et (N+2)EO : P(t) = Po + bl sin(lEO x t + /31) + ... + bN 2 sin[(N -1)EO x t + NN2 ] + ... [11] + bN sin[(N)EO x t + NN ] + bN+2 sin[(N + 1)EO x t + PN+2 ] + ... La réduction d'amplitude est à nouveau au moins 30 donnant : 1 20 aN2 (asymétrique) < 1 + £ bN 2 (symétrique) , [12A] (assymétrique) < 1 bN (symétrique) , [ 12B] 10 divided into a first sector with N1 = N / 2 - 1 blades at the spacing S1, and a second sector with N2 = N / 2 + 1 blades at the spacing S2. The asymmetric contributions appear at the orders of motor (N-2) EO and (N + 2) EO: P (t) = Po + bl sin (lEO xt + / 31) + ... + bN 2 sin [(N - 1) EO xt + NN2] + ... [11] + bN sin [(N) EO xt + NN] + bN + 2 sin [(N + 1) EO xt + PN + 2] + ... The reduction of amplitude is again at least 30 giving: 1 20 aN2 (asymmetric) <1 + bN 2 (symmetrical), [12A] (asymmetric) <1 bN (symmetrical), [12B]

1+s 1 et 15 et aN+z (asymétrique) < 1 + £ bN+2 (symétrique) . [12C] Pour un rotor à seize pales divisé en secteurs de sept et neuf pales, respectivement, le premier secteur génère une BPF d'excitation à l'ordre de moteur 14E0 (2 x 7 pales), et le second secteur génère une BPF d'excitation à l'ordre de moteur 18E0 (2 x 9 pales). Ainsi . a14 < 1 xbt4, [13A] 1+£ a16 < 1 xb16, [13B] 1+£ et 1 als<+sxblg. 1 [13C] Dans une turbomachine avec deux rotors ou plus, chaque rotor contribue à l'amplitude de pression totale. Pour faire tourner conjointement les roues de charge et de hauteur de charge comportant le même nombre de pales N, par exemple, le signal de pression nette est : P(t) = Po + et sin(lEO x t + /31) + ... + cN sin[(N)EO x t + NN ] + ... [14] + dl sin(lEO x t + yl) + ... + dN sin[(N)EO x t + yN ] + ... 1 + s 1 and 15 and aN + z (asymmetric) <1 + £ bN + 2 (symmetric). [12C] For a sixteen blade rotor divided into sectors of seven and nine blades, respectively, the first sector generates an excitation BPF at the order of 14E0 motor (2 x 7 blades), and the second sector generates a GMP excitation at engine order 18E0 (2 x 9 blades). So . a14 <1 xbt4, [13A] 1 + £ a16 <1 xb16, [13B] 1 + £ and 1 als <+ sxblg. 1 [13C] In a turbomachine with two or more rotors, each rotor contributes to the total pressure amplitude. To jointly rotate the charge and load height wheels having the same number of blades N, for example, the net pressure signal is: P (t) = Po + and sin (lEO xt + / 31) + .. . + cN sin [(N) EO xt + NN] + ... [14] + dl sin (lEO xt + yl) + ... + dN sin [(N) EO xt + yN] + ...

L'ordre de moteur primaire (premier ordre de moteur) 1EO est défini par la fréquence due aux sillages de pales, qui dépend du nombre de pales N et de la fréquence angulaire w : 1EOBPF=Nw . [15] Pour l'espacement asymétrique de pales à des nombres impairs de pales N, des contributions harmoniques de « bande latérale » apparaissent à des ordres de moteur (N±1)EO. Pour des nombres pairs de 19 pales N, des contributions apparaissent à des ordres de moteur (N±2)EO. Des rotors compatibles en fréquence possèdent le même nombre de pales N, divisé en jeux similaires de pales N1 et N2 avec des espacements de pales similaires S1 et S2, donnant les mêmes fréquences d'excitation BPF. Afin de déplacer les deux contributions de façon déphasée, un rotor est synchronisé ou tourné selon un angle de 360°/2N autour de l'axe de moteur. Ceci donne : yn=/3n+7c. [16] En général, deux signaux de la même fréquence comportant la même amplitude se faisant face (ou présentant une contre-propagation) peuvent être annulés ou réduits à néant en les plaçant de façon déphasée (ou dans une interférence destructive). L'amplitude ou la quantité du déphasage est une fonction de longueur d'onde et de la distance entre des deux sources. Mécaniquement, le déphasage est accompli par l'intermédiaire de l'arbre ou de la tringlerie liant les deux roues à l'ensemble rotor. Pour des accouplements à denture trapézoïdale, par exemple, les structures de « dents » trapézoïdales (crans ou encoches) sont typiquement alignées à chaque extrémité, et le décalage annulaire est accompli en faisant tourner un des rotors de roue par rapport aux dents. Dans un mode de réalisation particulier, l'accouplement à denture trapézoïdale comporte 2N encoches ou dents trapézoïdales (à savoir, deux fois le nombre de pales). Dans ce mode de réalisation, une des roues est tournée d'une dent ou encoche, produisant un 20 décalage angulaire de 360°/2N pour générer le déphasage requis. En variante, la roue est tournée selon un nombre impair de dents. En principe, des rotors à charges égales posséderont des coefficients d'amplitude sensiblement similaires en et dn, et le champ de pression nette peut se rapprocher de zéro à certains points. En pratique, cependant, les rotors ne sont pas toujours de la même taille, et ne subissent pas le même chargement, donc les amplitudes sont différentes. En outre, le déphasage relatif varie par emplacement, générant un motif d'onde stationnaire dans (au moins) les champs proches et intermédiaires. Ces effets sont abordés en réglant l'espace libre d'embout, l'excentricité de carter, le faux rond de rotor et la raideur de pale pour produire des rotors avec une impédance sensiblement équivalente. Ceci minimise davantage le signal de pression nette, y compris la région de champ éloigné où les effets sur l'environnement sont un problème. La figure 4A est un graphique de champ de vitesse pour le rotor 30 avec un espacement symétrique des pales 34 et pales directrices 36 autour du moyeu 32, et la figure 4B est un graphique pour un espacement asymétrique. Les deux graphiques sont pris à une envergure de pale de 95 les contours de Mach étant représentés en unités arbitraires. Des zones de séparation d'écoulement FZ correspondent à de faibles nombres de Mach d'environ M 0,30 ou M 0,15, et sont associées à une intensité de source acoustique. En comparant la figure 4A à la The primary motor sequence (first motor order) 1EO is defined by the frequency due to blade wakes, which depends on the number of blades N and the angular frequency w: 1EOBPF = Nw. [15] For asymmetric blade spacing at odd numbers of N blades, harmonic "sideband" contributions occur at motor (N ± 1) EO orders. For even numbers of 19 N blades, contributions appear at motor orders (N ± 2) EO. Frequency-compatible rotors have the same number of blades N, divided into similar sets of blades N1 and N2 with similar blade spacings S1 and S2, giving the same excitation frequencies BPF. In order to move the two contributions out of phase, a rotor is synchronized or rotated at an angle of 360 ° / 2N around the motor axis. This gives: yn = / 3n + 7c. [16] In general, two signals of the same frequency with the same counterbalancing (or counterpropagating) amplitude may be canceled or negated by placing them out of phase (or in destructive interference). The amplitude or quantity of the phase shift is a function of wavelength and the distance between two sources. Mechanically, the phase shift is accomplished through the shaft or linkage linking the two wheels to the rotor assembly. For trapezoidal gear couplings, for example, trapezoidal "tooth" structures (notches or notches) are typically aligned at each end, and the annular offset is accomplished by rotating one of the wheel rotors relative to the teeth. In a particular embodiment, the trapezoidal gear coupling has 2N notches or trapezoidal teeth (i.e., twice the number of blades). In this embodiment, one of the wheels is rotated by a tooth or notch, producing an angular shift of 360 ° / 2N to generate the required phase shift. Alternatively, the wheel is rotated by an odd number of teeth. In principle, rotors with equal charges will have substantially similar amplitude coefficients in and dn, and the net pressure field may be closer to zero at some points. In practice, however, the rotors are not always of the same size, and do not undergo the same loading, so the amplitudes are different. In addition, the relative phase shift varies by location, generating a stationary wave pattern in (at least) the near and intermediate fields. These effects are addressed by adjusting tip free space, crankcase eccentricity, false rotor circumference, and blade stiffness to produce rotors with substantially equivalent impedance. This further minimizes the net pressure signal, including the far field region where environmental effects are a problem. Fig. 4A is a speed field graph for the rotor 30 with symmetrical spacing of the blades 34 and guide vanes 36 around the hub 32, and Fig. 4B is a graph for asymmetric spacing. The two graphs are taken at a blade span of 95 Mach outlines being represented in arbitrary units. FZ flow separation zones correspond to low Mach numbers of about 0.30 M or 0.15 M, and are associated with an acoustic source intensity. Comparing Figure 4A with

figure 4B, la séparation d'écoulement pour l'espacement asymétrique de pales (figure 4B) est inférieure à celle pour le cas symétrique (figure 4A), et la taille des zones de séparation d'écoulement FZ est réduite. Ainsi, pour le même nombre de pales, l'espacement asymétrique de pales (figure 4B) provoque une intensité sonore relativement inférieure à celle de l'espacement symétrique de pales (figure 4A). Bien que la présente invention ait été décrite en référence à des exemples de modes de réalisation, l'homme du métier comprendra que divers changements peuvent être apportés et des équivalents peuvent remplacer des éléments de celle-ci sans s'éloigner de l'esprit et de la portée de l'invention. En outre, des modifications peuvent être apportées pour adapter une situation particulière ou un matériau particulier aux enseignements de l'invention, sans s'éloigner de la portée essentielle de celle-ci. Donc, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers décrits dans les présentes. Figure 4B, the flow separation for the asymmetric blade spacing (Figure 4B) is smaller than that for the symmetrical case (Figure 4A), and the size of the flow separation zones FZ is reduced. Thus, for the same number of blades, the asymmetric blade spacing (FIG. 4B) causes a relatively lower sound intensity than that of the symmetrical blade spacing (FIG. 4A). Although the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, those skilled in the art will understand that various changes may be made and equivalents may replace elements thereof without departing from the mind and of the scope of the invention. In addition, modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention, without departing from the essential scope thereof. Therefore, the invention is not limited to the particular embodiments described herein.

Claims (20)

REVENDICATIONS1. Appareil de turbine, comprenant : un rotor (30) comportant un moyeu (32) défini autour d'un axe de rotation (A), le moyeu (32) comportant des premier et second secteurs circonférentiels (38A, 38B) ; et une pluralité de pales fixées au moyeu (32) et s'étendant radialement à partir de celui-ci, la pluralité de pales comprenant un premier groupe de pales comportant un premier espacement angulaire (Sl) dans le premier secteur (38A) et un second groupe de pales comportant un second espacement angulaire (S2) dans le second secteur (38B) ; dans lequel le premier espacement angulaire (Sl) est différent du second espacement angulaire (S2), et les pales de rotor sont asymétriques autour de l'axe de rotation (A). REVENDICATIONS1. A turbine apparatus comprising: a rotor (30) having a hub (32) defined about an axis of rotation (A), the hub (32) having first and second circumferential sectors (38A, 38B); and a plurality of blades attached to and radially extending from the hub (32) therefrom, the plurality of blades including a first group of blades having a first angular spacing (Sl) in the first sector (38A) and a second group of blades having a second angular spacing (S2) in the second sector (38B); wherein the first angular spacing (Sl) is different from the second angular spacing (S2), and the rotor blades are asymmetrical about the axis of rotation (A). 2. Appareil de turbine selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de pales comprend un nombre impair N de pales, le premier groupe de pales comprenant (N-1)/2 des N pales et le second groupe de pales comprenant (N+1)/2 des N pales. The turbine apparatus according to claim 1, wherein the plurality of vanes comprise an odd number N of vanes, the first group of vanes comprising (N-1) / 2 of the N vanes and the second group of vanes comprising (N + 1) / 2 of the N blades. 3. Appareil de turbine selon la revendication 2, dans lequel le premier espacement angulaire (Sl) est approximativement 360°/(N-1) et le second espacement angulaire (S2) est approximativement 360°/(N+1). The turbine apparatus according to claim 2, wherein the first angular spacing (Sl) is approximately 360 ° / (N-1) and the second angular spacing (S2) is approximately 360 ° / (N + 1). 4. Appareil de turbine selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de pales comprend un nombre pair N de pales, le premier groupe de pales comprenant 23 N/2-1 des N pales et le second groupe de pales comprenant N/2+1 des N pales. The turbine apparatus according to claim 1, wherein the plurality of blades comprises an even number N of blades, the first group of blades comprising 23 N / 2-1 of the N blades and the second group of blades comprising N / 2 + 1 of the N blades. 5. Appareil de turbine selon la revendication 4, dans lequel le premier espacement angulaire (Sl) est approximativement 180°/(N/2-1) et le second espacement angulaire (S2) est approximativement 180°/(N/2+1). A turbine apparatus according to claim 4, wherein the first angular spacing (Sl) is approximately 180 ° / (N / 2-1) and the second angular spacing (S2) is approximately 180 ° / (N / 2 + 1) ). 6. Appareil de turbine selon la revendication 1, comprenant en outre une pluralité de pales directrices (36) fixées à la section de moyeu (32) et disposées entre la pluralité de pales. The turbine apparatus of claim 1, further comprising a plurality of guide vanes (36) attached to the hub section (32) and disposed between the plurality of vanes. 7. Appareil de turbine selon la revendication 6, dans lequel la pluralité de pales directrices (36) comprend un premier groupe de pales directrices comportant le premier espacement angulaire (Sl) dans la première section circonférentielle et un second jeu de pales directrices comportant le second espacement angulaire (S2) dans la seconde section circonférentielle. A turbine apparatus according to claim 6, wherein the plurality of guide vanes (36) comprises a first group of guide vanes having the first angular spacing (Sl) in the first circumferential section and a second set of guide vanes comprising the second angular spacing (S2) in the second circumferential section. 8. Appareil de turbine selon la revendication 1, dans lequel le rotor (30) comprend une roue et comprenant en outre un rotor de compresseur accouplé de façon rotative avec la roue, le rotor de compresseur comprenant : un moyeu de compresseur défini autour de l'axe de 25 rotation, le moyeu de compresseur comportant des premier et second secteurs circonférentiels ; une seconde pluralité de pales fixées au second moyeu et s'étendant radialement à partir de celui-ci, la seconde pluralité de pales comprenant un premier 30 groupe de pales comportant le premier espacement angulaire (Sl) dans le premier secteur du second moyeu 24 et un second groupe de pales comportant le second espacement angulaire dans le second secteur du second moyeu. The turbine apparatus according to claim 1, wherein the rotor (30) comprises a wheel and further comprising a compressor rotor rotatably coupled to the wheel, the compressor rotor comprising: a compressor hub defined around the wheel; rotational axis, the compressor hub having first and second circumferential sectors; a second plurality of blades attached to and extending radially from the second hub, the second plurality of blades including a first group of blades having the first angular spacing (Sl) in the first sector of the second hub 24 and a second group of blades having the second angular spacing in the second sector of the second hub. 9. Groupe auxiliaire de puissance comprenant l'appareil de turbine selon la revendication 8, et comprenant en outre un accouplement à denture trapézoïdale (14) pour accoupler de façon rotative le second rotor avec le premier rotor. An auxiliary power unit comprising the turbine apparatus according to claim 8, and further comprising a trapezoidal gear coupling (14) for rotatably coupling the second rotor with the first rotor. 10. Groupe auxiliaire de puissance comprenant l'appareil de turbine selon la revendication 8, dans lequel le premier rotor est synchronisé par rapport au second rotor de sorte que la première pluralité de pales est déphasée par rapport à la seconde pluralité de pales. An auxiliary power unit comprising the turbine apparatus according to claim 8, wherein the first rotor is synchronized with the second rotor such that the first plurality of blades is out of phase with the second plurality of blades. 11. Roue, comprenant : une section de moyeu définie autour d'un axe de rotation, la section de moyeu comprenant des premier et second secteurs circonférentiels ; un premier jeu de pales s'étendant radialement à partir du premier secteur de la section de moyeu, le premier jeu de pales comportant un premier espacement angulaire ; et un deuxième jeu de pales s'étendant radialement à partir du second secteur de la section de moyeu, le deuxième jeu de pales comportant un second espacement angulaire ; dans laquelle le premier espacement angulaire est différent du second espacement angulaire, de sorte que les premier et deuxième jeux de pales soient asymétriques autour de l'axe de rotation. 25 A wheel, comprising: a hub section defined about an axis of rotation, the hub section including first and second circumferential sectors; a first set of blades extending radially from the first sector of the hub section, the first set of blades having a first angular spacing; and a second set of blades extending radially from the second sector of the hub section, the second set of blades having a second angular spacing; wherein the first angular spacing is different from the second angular spacing, so that the first and second sets of blades are asymmetrical about the axis of rotation. 25 12. Roue selon la revendication 11, dans laquelle le premier jeu de pales comprend un nombre impair de pales N1 et le premier espacement angulaire est environ 180°/Nl. Wheel according to claim 11, wherein the first set of blades comprises an odd number of blades N1 and the first angular spacing is about 180 ° / Nl. 13. Roue selon la revendication 12, dans laquelle le deuxième jeu de pales comprend un nombre pair de pales N1+1 et le second espacement angulaire est environ 180°/(Nl+l). Wheel according to claim 12, wherein the second set of blades comprises an even number of blades N1 + 1 and the second angular spacing is about 180 ° / (Nl + 1). 14. Roue selon la revendication 12, dans laquelle le deuxième jeu de pales comprend un nombre impair de pales N1+2 et le second espacement angulaire est environ 180°/(N1+2). Wheel according to claim 12, wherein the second set of blades comprises an odd number of blades N1 + 2 and the second angular spacing is about 180 ° / (N1 + 2). 15. Groupe auxiliaire de puissance comprenant la roue selon la revendication 11. 15. Auxiliary power unit comprising the wheel according to claim 11. 16. Groupe auxiliaire de puissance selon la revendication 15, comprenant en outre un rotor de compresseur accouplé de façon rotative avec la roue, le rotor de compresseur comprenant : un moyeu de compresseur défini autour de l'axe de 20 rotation, le moyeu de compresseur comprenant des premier et second secteurs circonférentiels ; un troisième jeu de pales s'étendant radialement à partir du premier secteur du moyeu de compresseur, le troisième jeu de pales comportant le premier espacement 25 angulaire ; un quatrième jeu de pales s'étendant radialement à partir du second secteur du moyeu de compresseur, le quatrième jeu de pales comportant le second espacement angulaire. 30 16. The auxiliary power unit of claim 15, further comprising a compressor rotor rotatably coupled to the wheel, the compressor rotor comprising: a compressor hub defined about the axis of rotation, the compressor hub; comprising first and second circumferential sectors; a third set of blades extending radially from the first sector of the compressor hub, the third set of blades having the first angular spacing; a fourth set of blades extending radially from the second sector of the compressor hub, the fourth set of blades having the second angular spacing. 30 17. Turbomachine (10), comprenant : 26 une roue de travail (20) divisée de façon circonférentielle en premier et second secteurs (38A, 38B), le premier secteur (38A) de la roue de travail (20) comportant un jeu de pales avec un premier espacement angulaire (Sl) et le second secteur (38B) de la roue de travail (20) comportant un jeu de pales avec un second espacement angulaire (S2) ; une roue de hauteur de charge (18) divisée de façon circonférentielle en premier et second secteurs (38A, 38B), le premier secteur (38A) de la roue de hauteur de charge (18) comportant un jeu de pales avec le premier espacement angulaire (Sl) et le second secteur (38B) de la roue de hauteur de charge (18) comportant un jeu de pales avec le second espacement angulaire (S2) ; et un accouplement rotatif (14) entre la roue de travail (20) et la roue de hauteur de charge (18), l'accouplement définissant un axe de rotation (A) ; dans laquelle le premier espacement angulaire (Sl) et le second espacement angulaire (S2) sont différents, de sorte que la roue de travail (20) et la roue de hauteur de charge (18) sont asymétriques autour de l'axe de rotation (A). A turbo machine (10), comprising: a work wheel (20) circumferentially divided into first and second sectors (38A, 38B), the first sector (38A) of the work wheel (20) having a set of blades with a first angular spacing (Sl) and the second sector (38B) of the working wheel (20) having a set of blades with a second angular spacing (S2); a load height wheel (18) circumferentially divided into first and second sectors (38A, 38B), the first sector (38A) of the load height wheel (18) having a set of blades with the first angular spacing (S1) and the second sector (38B) of the load height wheel (18) having a set of blades with the second angular spacing (S2); and a rotatable coupling (14) between the work wheel (20) and the load height wheel (18), the coupling defining an axis of rotation (A); wherein the first angular spacing (Sl) and the second angular spacing (S2) are different, so that the working wheel (20) and the load height wheel (18) are asymmetric about the axis of rotation ( AT). 18. Turbomachine (10) selon la revendication 17, dans laquelle la roue de travail (20) est synchronisée autour de l'axe de rotation (A) par rapport à la roue de hauteur de charge (18), de sorte que la roue de travail (20) est déphasée en rotation par rapport à la roue de hauteur de charge (18). The turbomachine (10) according to claim 17, wherein the working wheel (20) is synchronized about the axis of rotation (A) with respect to the load height wheel (18) so that the wheel working shaft (20) is out of phase with respect to the load height wheel (18). 19. Turbomachine (10) selon la revendication 17, dans laquelle la roue de travail (20) et la roue de 27 hauteur de charge (18) comprennent chacune un nombre impair égal de pales N, et dans laquelle le premier espacement angulaire (Sl) est environ 360°/(N-1) et le second espacement angulaire (S2) est environ 360°/(N+1). The turbomachine (10) according to claim 17, wherein the work wheel (20) and the load height wheel (18) each comprise an equal odd number of blades N, and wherein the first angular spacing (S1) ) is about 360 ° / (N-1) and the second angular spacing (S2) is about 360 ° / (N + 1). 20. Turbomachine (10) selon la revendication 17, dans laquelle la roue de travail (20) et la roue de hauteur de charge (18) comprennent chacune un nombre pair égal de pales N, et dans laquelle le premier espacement angulaire (Sl) est environ 180°/(N/2-1) et le second espacement angulaire (S2) est environ 180°/(N/2+1). The turbomachine (10) according to claim 17, wherein the work wheel (20) and the load height wheel (18) each comprise an equal even number of blades N, and wherein the first angular spacing (Sl) is about 180 ° / (N / 2-1) and the second angular spacing (S2) is about 180 ° / (N / 2 + 1).
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