FR3047512B1 - Dispositif d'amortissement de vibrations pour aubes de turbomachine - Google Patents

Dispositif d'amortissement de vibrations pour aubes de turbomachine Download PDF

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Abstract

Dispositif (40) d'amortissement de vibrations pour aubes (14) de turbomachine, comportant un corps (42) configuré pour être localisé entre des plateformes (18) de deux aubes adjacentes d'un rotor (10) de turbomachine et un disque (12) dudit rotor, le dispositif comportant au moins une surface d'appui (48a, 48b) configurée pour être appliquée contre une surface inférieure ou radialement interne d'au moins une desdites plateformes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une partie de fixation (44) configurée pour être fixée audit disque.

Description

Dispositif d’amortissement de vibrations pour aubes de turbomachine
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un dispositif d’amortissement de vibrations pour des aubes de turbomachine.
ETAT DE L’ART
L’état de l’art comprend notamment les documents EP-A1-1 164 253 et FR-A1-2 927 357.
Un rotor de turbomachine peut comprendre un disque ou moyeu à la périphérie duquel sont prévues des alvéoles de montage de pieds d’aubes. Les aubes comprennent chacune une pale reliée par une plateforme à un pied. Les pieds des aubes sont emmanchés dans les alvéoles du disque de façon à ce que les plateformes soient disposées circonférentiellement (par rapport à l’axe de rotation du rotor) les unes à côté des autres et définissent par leurs surfaces supérieures ou radialement externes (par rapport à l’axe de rotation du rotor) la périphérie interne d’une veine annulaire d’écoulement d’un flux d’air dans la turbomachine.
C’est notamment le cas d’une soufflante de turbomachine dont les plateformes sont inclinées d’amont en aval (dans le sens d’écoulement du flux d’air) vers l’extérieur et forment ainsi une surface tronconique de guidage du flux d’air vers l’entrée du moteur et en particulier d’un compresseur de la turbomachine.
Il est connu d’associer à ce type de rotor et d’aubes des amortisseurs de vibrations. Dans la technique antérieure telle que décrite dans les documents précités, un amortisseur est formé par une tôle métallique et est intercalé entre deux aubes adjacentes, radialement entre les plateformes de ces aubes et le disque. Cet amortisseur comprend au moins une surface d’appui configurée pour être appliquée contre des surfaces inférieures ou radialement internes des plateformes des aubes.
En fonctionnement, les aubes sont sollicitées radialement vers l’extérieur du fait des forces centrifuges. Les amortisseurs sont également sollicités radialement vers l’extérieur contre les plateformes et coopèrent par frottement avec ces plateformes pour amortir les vibrations auxquelles les aubes sont soumises.
Dans la technique actuelle, les amortisseurs sont logés entre les pieds des aubes et plus exactement entre les échasses de ces aubes, reliant les pieds aux plateformes. Cependant, certaines aubes comprennent au niveau de leurs échasses des éléments en saillie qui gênent voire empêchent le montage des amortisseurs dans cette zone. Ces éléments en saillie s’étendent depuis les échasses en direction circonférentielle jusqu’à des bords longitudinaux de la plateforme et sont destinés à empêcher un chevauchement des plateformes dans un cas particulier où les aubes peuvent fléchir après ingestion d’un corps étranger par exemple.
Par ailleurs, le montage d’amortisseurs entre des pieds d’aubes présente des inconvénients. Il existe un risque de mauvais montage d’un amortisseur entre deux aubes. Après montage des aubes sur le disque, les amortisseurs ne sont plus visibles et il n’est donc pas possible de vérifier qu’ils sont correctement positionnés.
Un autre problème lié au montage des amortisseurs entre les pieds d’aubes est dû au fait qu’ils ne sont pas maintenus axialement et qu’ils sont donc susceptibles de se déplacer axialement en fonctionnement. La forme tronconique des plateformes des aubes de soufflante accentue ce phénomène car, sous l’effet des forces centrifuges, les amortisseurs ont tendance à glisser sur les surfaces radialement internes des plateformes et à se déplacer axialement vers l’aval et vers l’extérieur.
La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à au moins une partie des problèmes ci-dessus.
EXPOSE DE L’INVENTION
L’invention propose un dispositif d’amortissement de vibrations pour aubes de turbomachine, comportant un corps configuré pour être localisé entre des plateformes de deux aubes adjacentes d’un rotor de turbomachine et un disque dudit rotor, le dispositif comportant au moins une surface d’appui configurée pour être appliquée contre une surface inférieure ou radialement interne d’au moins une desdites plateformes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une partie de fixation configurée pour être fixée audit disque.
Contrairement aux amortisseurs de la technique antérieure, le dispositif d’amortissement est ici fixé au disque de rotor. Il n’y a donc pas de risque de déplacement axial involontaire du dispositif en fonctionnement. De plus, le risque de mauvais montage ou mauvais positionnement du dispositif est limité voire supprimé. Avantageusement, la fixation du corps sur le disque a lieu à une extrémité axiale du disque de façon à pouvoir visualiser cette fixation même après montage de la rangée annulaire complète d’aubes sur le disque.
Le dispositif selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- ledit corps est formé par une tôle métallique, de préférence élastique, ou en tout matériau élastique,
- ledit corps porte un patin en matériau élastique, ce dernier étant recouvert d’une plaque, par exemple en titane, définissant ladite au moins une surface d’appui.
- ledit corps a une forme générale allongée dont une extrémité longitudinale comprend ladite partie de fixation,
- ledit corps est déformable en flexion dans un plan longitudinal,
- ladite partie de fixation comprend un orifice de passage d’un moyen de fixation du type vis-écrou par exemple,
- ledit corps comprend des languettes latérales, de préférence élastiques,
- lesdites languettes sont configurées pour former des moyens d’appui ou de liaison,
- la partie de fixation est une patte.
L’invention concerne également un ensemble de dispositifs tels que décrits ci-dessus, caractérisé en ce que les dispositifs sont disposés circonférentiellement les uns à côté des autres, par rapport à un axe de rotation dudit rotor, de façon à former un secteur angulaire ou un anneau complet.
Avantageusement, lesdits corps sont en appui circonférentiel les uns sur les autres ou sont reliées les uns aux autres, par rapport à un axe de rotation dudit rotor, par l’intermédiaire de leurs languettes latérales.
L’invention concerne encore un rotor de turbomachine, comportant une rangée annulaire d’aubes et un disque de rotor comportant à sa périphérie des alvéoles de montage de pieds desdites aubes, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble tel que décrit ci-dessus, la partie de fixation de chaque corps étant fixée sur le disque et par exemple sur une bride du disque.
Avantageusement, chaque dispositif est monté précontraint radialement, par rapport à un axe de rotation du rotor, entre le disque et des plateformes des aubes.
DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- les figures 1 à 3 sont des vues schématiques en perspective d’un rotor de turbomachine partiellement démonté, ce rotor étant équipé d’un ou de dispositifs d’amortissement selon l’invention, et
- les figures 4a à 4c sont des vues schématiques en perspective d’un dispositif selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
Les figures 1 à 3 montrent un rotor 10 de turbomachine et plus exactement un rotor de soufflante d’une turbomachine, la soufflante étant située à l’amont de la turbomachine par référence à l’écoulement des gaz dans celle-ci.
Le rotor 10 comprend un disque 12 ou moyeu et une rangée annulaire d’aubes 14, ici de soufflante, porté par le disque. Chaque aube 14 comprend une pale 16 reliée par une plateforme 18 à un pied 20, la partie du pied reliée à la plateforme étant appelée échasse 22.
Dans l’exemple représenté, les pieds 20 des aubes 14 sont du type en queue d’aronde. Chaque aube 14 comprend des éléments en saillie 24, formés d’une seule pièce avec l’aube, qui s’étendent respectivement des deux côtés du pied 20, entre Péchasse 22 et des bords longitudinaux 24 de la plateforme.
Les pieds 20 sont emmanchés dans des alvéoles 26 de forme complémentaire de la périphérie externe du disque 12. Les alvéoles 26 sont séparées les unes des autres par des dents 28 qui sont chacune reliées à leurs extrémité aval à une bride 30 sensiblement radiale par rapport à l’axe de rotation du rotor 10, qui n’est pas visible dans les dessins. Chaque bride 30 comprend un orifice axial (parallèle à l’axe de rotation) de passage d’un moyen de fixation 32 du type vis-écrou.
Les pieds 20 peuvent être montés avec jeu dans les alvéoles 26 et sont en général plaqués contre des épaulements de ces alvéoles au moyen de cales 34 intercalées entre les pieds et les fonds des alvéoles (figure 2).
En position de montage représentée aux figures 1 et 2, les plateformes 18 sont disposées circonférentiellement les unes à côté des autres et autour du disque 12, leurs bords longitudinaux 24 étant séparés les uns des autres par de faibles jeux circonférentiels.
Les surfaces radialement externes des plateformes 18 définissent la périphérie interne de la veine d’écoulement d’un flux d’air traversant la soufflante et entrant dans la turbomachine. Ces surfaces radialement externes des plateformes 18 forment une surface globale sensiblement tronconique, évasée d’amont en aval.
Comme on le voit sur les figures 1 et 2, le pied 20 de chaque aube 14 comprend un bord aval 36 sensiblement radial présentant un évidement 38, ici dans sa portion de jonction à la plateforme 18.
Un rotor 10 de ce type est équipé d’une série de dispositifs d’amortissement des vibrations auxquelles sont soumises les aubes 14 en fonctionnement.
Un mode de réalisation du dispositif d’amortissement 40 selon l’invention est visible dans les dessins et représenté seul aux figures 4a à 4c.
Ce dispositif 40 comprend un corps 42 formé ici d’une tôle métallique pliée par exemple par emboutissage. En variante, le corps 42 est par exemple en tôle. Le corps 42 a une forme générale allongée dont l’axe d’allongement est destiné à avoir une orientation sensiblement radiale (par rapport à l’axe de rotation du rotor) lorsque le dispositif est monté sur le disque 12 (figure 3).
Le corps 42 comprend à une extrémité radialement interne une patte 44 de fixation au disque 12. Cette patte est destinée à être appliquée et fixée sur une bride 30 du disque, et comprend un orifice 46 de passage du moyen de fixation 32 précité.
La patte 44 a une forme générale en V ou évasée radialement vers l’extérieur. Comme on le voit dans la figure 4b, elle est sensiblement plane et s’étend dans un premier plan P1, qui peut être un plan transversal à l’axe de rotation du rotor lorsque le dispositif est monté sur le disque.
Le corps comprend une extrémité radialement externe 42a et une partie médiane 42b reliant l’extrémité externe à la patte 44 (extrémité interne). La partie médiane 42b s’étend dans un second plan P2 parallèle au plan P1 et décalé de ce dernier. L’extrémité externe 42a s’étend dans un plan P3 incliné par rapport aux plans P1, P2. L’inclinaison est telle qu’en position de montage sur le disque, cette extrémité 42a s’étend radialement vers l’aval et vers l’extérieur. Cette inclinaison est de préférence fonction de celle de la surface globale tronconique précitée définie par les plateformes 18 des aubes 14.
Comme illustré aux figures 1 et 2, le dispositif 40 est fixé à une bride 30 et appliqué sur une face amont de cette bride. Sa patte 44 est intercalée entre la bride et la tête de vis ou l’écrou du moyen de fixation 32 et a une fonction de répartition de contraintes, similaire à celle d’une rondelle.
Le dispositif 40 s’étend sensiblement radialement vers l’extérieur, son axe d’allongement étant situé dans un plan passant par l’axe de rotation du rotor et par la bride 30 sur laquelle il est fixé. Il est ainsi destiné à s’étendre entre deux aubes 14 adjacentes et plus exactement entre les pieds 20 de ces aubes.
L’extrémité radialement externe 42a du corps 42 s’étend sensiblement parallèlement aux extrémités aval des plateformes 18 et radialement à l’intérieur de ces dernières. Cette extrémité porte un patin élastique 47, par exemple en élastomère, surmonté d’une plaque 48, par exemple en titane, destinée à coopérer par appui et frottement avec les surfaces radialement internes des plateformes 18 des aubes adjacentes. Comme on le voit aux figures 1 et 2, le patin 47 et la plaque 48 ont des formes complémentaires de ces surfaces des plateformes. La plaque 48 définit deux surfaces latérales 48a, 48b inclinées destinées à coopérer respectivement avec les plateformes 18 des aubes adjacentes.
Le corps 42 est déformable en flexion dans un plan longitudinal, c'est-à-dire un plan passant par l’axe longitudinal ou de rotation du rotor.
De préférence, le dispositif 40 est monté sur le disque 12 de façon à ce que la plaque 48 soit montée précontrainte radialement contre les plateformes 18. Cette précontrainte permet de s’assurer que le dispositif 40 sera suffisamment plaqué contre les plateformes en fonctionnement pour assurer leur fonction d’amortissement, les aubes étant susceptibles, du fait de leur masse, de se déplacer davantage que le dispositif sous l’effet des forces centrifuges.
De manière avantageuse, le dispositif 40 comprend des languettes latérales 50. Ces languettes 50 sont destinées à coopérer avec des languettes 50 de dispositifs 40 adjacents (figure 2). Les languettes 50 s’étendent dans des directions circonférentielles (par rapport à l’axe de rotation du rotor) depuis la partie médiane 42b précitée du corps. Chaque languette 50 une forme générale en L et comprend une première portion
50a s’étendant circonférentiellement depuis la partie médiane 42b, dans le même plan P2 que celle-ci, et une seconde portion 50b perpendiculaire à la première portion 50a et orientée ici vers l’aval.
Les dispositifs 40 d’un même rotor sont destinés à coopérer les uns avec les autres par appui circonférentiel (par rapport à l’axe de rotation du rotor) de leurs languettes 50 et en particulier des secondes portions 50b de ces languettes. Ceci permet de maintenir en direction circonférentielle les dispositifs sur le disque, ces dispositifs étant maintenus axialement et radialement sur le disque par les moyens de fixation 32.
Comme on le voit aux figures 1 et 2, les languettes 50 des dispositifs 40 sont sensiblement logées dans les évidements 38 des pieds d’aubes.
Dans l’exemple représenté, les dispositifs 40 sont montés indépendamment les uns des autres sur le disque 12, de préférence avant le montage des aubes 14 sur le disque. Après montage des aubes, on comprend que les dispositifs 40 restent visibles depuis l’aval du rotor 10.
Dans une variante de réalisation non représentée, au moins certains des dispositifs 40 pourraient être liés les uns aux autres. Il serait par exemple possible de souder les dispositifs au niveau des secondes portions 50b de leurs languettes. Les dispositifs seraient alors préassemblés par bloc ou secteur angulaire ce qui pourrait simplifier et accélérer le montage. Il serait également envisageable de solidariser l’ensemble des dispositifs de façon à n’avoir qu’une couronne ou rangée annulaire de dispositifs 40 à assembler sur le disque 12. Les dispositifs 40 pourraient également être réalisés d’une seule pièce.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif (40) d’amortissement de vibrations pour aubes (14) de turbomachine, comportant un corps (42) configuré pour être localisé entre
    5 des plateformes (18) de deux aubes adjacentes d’un rotor (10) de turbomachine et un disque (12) dudit rotor, le dispositif comportant au moins une surface d’appui (48a, 48b) configurée pour être appliquée contre une surface inférieure ou radialement interne d’au moins une desdites plateformes, le dispositif comprenant au moins une partie de
    10 fixation (44) configurée pour être fixée audit disque, caractérisé en ce que ledit corps (42) comprend des languettes latérales (50) configurées pour être en appui circonférentiel sur des languettes, ou reliées à des languettes, de dispositifs d’amortissement adjacents lorsque ces dispositifs sont fixés audit disque, la direction circonférentielle étant
    15 définie par rapport à un axe de rotation dudit disque.
  2. 2. Dispositif (40) selon la revendication 1, dans lequel ledit corps (42) est formé par une tôle métallique, de préférence élastique.
  3. 3. Dispositif (40) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit corps (42) porte un patin (47) en matériau élastique, ce dernier étant recouvert
    20 d’une plaque (48), par exemple en titane, définissant ladite au moins une surface d’appui.
  4. 4. Dispositif (40) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit corps (42) a une forme générale allongée dont une extrémité longitudinale comprend ladite partie de fixation (44).
    25 5. Dispositif (40) selon la revendication précédente, dans lequel ledit corps (42) est déformable en flexion dans un plan longitudinal.
    6. Dispositif (40) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite partie de fixation (44) comprend un orifice (46) de passage d’un moyen de fixation (32) du type vis-écrou par exemple.
    7. 30 Dispositif (40) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdites languettes latérales (50) sont élastiquement déformables.
    8. Ensemble de dispositifs (40) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dispositifs sont disposés circonférentiellement les uns à côté des autres, par rapport à un axe de rotation dudit rotor, de façon à former un secteur angulaire ou un anneau
  5. 5 complet, lesdits corps (42) sont en appui circonférentiel les uns sur les autres, par rapport à un axe de rotation dudit rotor, ou sont reliées les uns aux autres par l’intermédiaire de leurs languettes latérales (50).
  6. 9. Rotor (10) de turbomachine, comportant une rangée annulaire 10 d’aubes (14) et un disque de rotor (12) comportant à sa périphérie des alvéoles (26) de montage de pieds (20) desdites aubes, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble selon la revendication 8, la partie de fixation (44) de chaque corps (42) étant fixée sur le disque et par exemple sur une bride (30) du disque.
    15 10. Rotor (10) selon la revendication précédente, dans lequel chaque dispositif est monté précontraint radialement, par rapport à un axe de rotation du rotor, entre le disque (12) et des plateformes (18) des aubes (14).
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