FR3079552A1 - TURBOMACHINE COMPRISING AT LEAST ONE UPPER DAWN COMPRISING A BLOWING PORTION TO LIMIT THE RESONANCE OF A DAWN AVAL - Google Patents
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Abstract
Une turbomachine (1) d'aéronef s'étendant longitudinalement selon un axe (X) et configurée pour permettre la circulation d'un flux d'air (F) dans la turbomachine (1) d'amont en aval, la turbomachine (1) comportant au moins une rangée d'aubes amont (2B) et au moins une rangée d'aubes aval (3A) disposée directement en aval de la rangée d'aubes amont (2B), au moins une aube aval (3A) comportant au moins une portion de résonance (4), chaque portion de résonance (4) ayant des modes de structure définissant une pluralité de fréquences propres, la turbomachine (1) induisant une fréquence d'excitation vibratoire sur la portion de résonance (4), la fréquence d'excitation vibratoire étant fonction du régime de la turbomachine (1), chaque aube amont (2B) comportant au moins une portion de soufflage (5) configurée pour modifier le sillage de l'aube amont (2B).An aircraft turbine engine (1) extending longitudinally along an axis (X) and configured to allow the circulation of an air flow (F) in the turbomachine (1) from upstream to downstream, the turbomachine (1) ) comprising at least one row of upstream vanes (2B) and at least one row of downstream vanes (3A) arranged directly downstream of the upstream vane row (2B), at least one downstream vane (3A) comprising at least one least one resonance portion (4), each resonance portion (4) having structure modes defining a plurality of eigenfrequencies, the turbomachine (1) inducing a vibratory excitation frequency on the resonance portion (4), the vibratory excitation frequency being a function of the speed of the turbomachine (1), each upstream blade (2B) comprising at least one blowing portion (5) configured to modify the wake of the upstream blade (2B).
Description
TURBOMACHINE COMPORTANT AU MOINS UNE AUBE AMONT COMPORTANT UNE PORTION DE SOUFFLAGE POUR LIMITER LA RESONANCE D’UNE AUBE AVALTURBOMACHINE HAVING AT LEAST ONE UPSTREAM VANE PROVIDED WITH A BLOWING PORTION TO LIMIT THE RESONANCE OF A DOWNSTREAM VANE
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEURGENERAL TECHNICAL AREA AND PRIOR ART
La présente invention concerne une turbomachine et, plus particulièrement, des aubes amont de turbomachine dont la structure est améliorée pour éviter la résonance vibratoire des aubes aval.The present invention relates to a turbomachine and, more particularly, upstream blades of a turbomachine whose structure is improved to avoid the vibrational resonance of the downstream blades.
De manière connue, une turbomachine s’étend longitudinalement et permet de déplacer un aéronef à partir d’un flux d’air entrant dans la turbomachine et circulant d’amont en aval. Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à l’axe de la turbomachine orienté d’amont en aval. Une turbomachine comporte une pluralité de rangées d’aubes qui sont espacées axialement, en particulier, une alternance de rangées d’aubes mobiles et de rangées d’aubes fixes.In known manner, a turbomachine extends longitudinally and makes it possible to move an aircraft from an air flow entering the turbomachine and circulating from upstream to downstream. Thereafter, the terms “upstream” and “downstream” are defined with respect to the axis of the turbomachine oriented from upstream to downstream. A turbomachine comprises a plurality of rows of blades which are axially spaced apart, in particular, an alternation of rows of moving blades and rows of fixed blades.
Au cours du fonctionnement de la turbomachine, chaque rangée d’aubes perçoit des fluctuations du champ aérodynamique provoquées par la rangée d’aubes située directement en amont. Ces fluctuations aérodynamiques peuvent en particulier provenir des sillages issus de la rangée d’aubes amont. Ces fluctuations du champ aérodynamique induisent une force d’oscillation vibratoire sur la rangée d’aubes aval. Cette force d’oscillation est corrélée à la vitesse de rotation de la turbomachine. Lorsque la vitesse de rotation est nulle, il n’existe pas de force d’oscillation vibratoire.During the operation of the turbomachine, each row of blades perceives fluctuations in the aerodynamic field caused by the row of blades located directly upstream. These aerodynamic fluctuations can in particular come from wakes from the upstream row of blades. These fluctuations in the aerodynamic field induce a vibrational oscillation force on the row of downstream blades. This oscillation force is correlated with the speed of rotation of the turbomachine. When the speed of rotation is zero, there is no vibrational oscillation force.
La force d’oscillation vibratoire possède une fréquence d’excitation qui dépend de la vitesse de rotation de la turbomachine. Lorsque la fréquence d’excitation est proche d’une fréquence propre d’un des modes de la structure de la rangée d’aubes aval, un phénomène de résonance apparaît et les amplitudes de la force d’oscillation vibratoire augmentent fortement pouvant amener à une usure prématurée ou une rupture des aubes aval, ce qui présente un inconvénient sur le plan des performances de la turbomachine.The vibrational oscillation force has an excitation frequency which depends on the speed of rotation of the turbomachine. When the excitation frequency is close to a natural frequency of one of the modes of the structure of the downstream row of blades, a resonance phenomenon appears and the amplitudes of the vibratory oscillation force increase sharply, which can lead to a premature wear or rupture of the downstream vanes, which has a drawback in terms of the performance of the turbomachine.
Un objectif est de réduire les phénomènes de résonance sur la plage de vitesse de rotation de la turbomachine afin de garantir une durée de vie élevée des aubes de la turbomachine.One objective is to reduce the resonance phenomena over the range of rotational speed of the turbomachine in order to guarantee a long lifetime of the blades of the turbomachine.
De manière incidente, on connaît dans l’art antérieur par les demandes de brevet EP2806156B1, US5791601, US5480284, US6004095 FR2927674, plusieurs solutions techniques permettant d’améliorer le comportement aérodynamique d’une aube prédéterminée, notamment, afin de réduire le bruit engendré par une rangée d’aubes mobiles. Néanmoins, ces solutions techniques ne permettent pas de tenir compte des aubes situées en amont et/ou en aval et ne peuvent pas garantir un écoulement aérodynamique dépourvu de résonances sur la plage de vitesse de rotation de la turbomachine.Incidentally, there are known in the prior art from patent applications EP2806156B1, US5791601, US5480284, US6004095 FR2927674, several technical solutions making it possible to improve the aerodynamic behavior of a predetermined blade, in particular, in order to reduce the noise generated by a row of movable blades. However, these technical solutions do not allow the blades located upstream and / or downstream to be taken into account and cannot guarantee an aerodynamic flow devoid of resonances over the range of rotational speed of the turbomachine.
PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTIONGENERAL PRESENTATION OF THE INVENTION
A cet effet, l’invention concerne une turbomachine d’aéronef s’étendant longitudinalement selon un axe X et configurée pour permettre la circulation d’un flux d’air dans la turbomachine d’amont en aval, la turbomachine comportant au moins une rangée d’aubes amont et au moins une rangée d’aubes aval disposée directement en aval de la rangée d’aubes amont.To this end, the invention relates to an aircraft turbomachine extending longitudinally along an axis X and configured to allow the circulation of an air flow in the turbomachine from upstream to downstream, the turbomachine comprising at least one row. upstream blades and at least one row of downstream blades disposed directly downstream of the row of upstream blades.
L’invention est remarquable en ce que, chaque aube aval comportant au moins une portion de résonance, chaque portion de résonance ayant des modes de structure définissant une pluralité de fréquences propres, la turbomachine induisant une fréquence d’excitation vibratoire sur la portion de résonance, la fréquence d’excitation vibratoire étant fonction du régime de la turbomachine, au moins une aube amont comporte au moins une portion de soufflage, située sensiblement à une même distance radiale de l’axe X de la turbomachine de la portion de résonance. La portion de soufflage est avantageusement configurée pour modifier le sillage de l’aube amont afin d’éloigner la fréquence d’excitation vibratoire des fréquences propres de la portion de résonance de l’aube aval et/ou diminuer l’amplitude de la fréquence d’excitation vibratoire.The invention is remarkable in that, each downstream vane comprising at least one resonance portion, each resonance portion having structural modes defining a plurality of natural frequencies, the turbomachine inducing a vibratory excitation frequency on the resonance portion , the vibratory excitation frequency being a function of the speed of the turbomachine, at least one upstream blade comprises at least one blowing portion, located substantially at the same radial distance from the axis X of the turbomachine of the resonance portion. The blowing portion is advantageously configured to modify the wake of the upstream vane in order to distance the vibratory excitation frequency from the natural frequencies of the resonance portion of the downstream vane and / or reduce the amplitude of the frequency d vibratory excitation.
Etant donné que la portion de soufflage est située sensiblement à une même distance radiale de la portion de résonance, la portion de soufflage et la portion de résonance sont situées dans une même portion de ligne de courant dans le flux d’air dans la rangée d’aube amont et la rangée d’aube aval considérées.Since the blowing portion is located substantially at the same radial distance from the resonance portion, the blowing portion and the resonance portion are located in the same portion of current line in the air flow in row d 'upstream blade and the row of downstream blades considered.
Il est à remarquer que les fréquences d’excitation vibratoire résultent des forces d’excitation vibratoire produites par le sillage de l’aube amont.It should be noted that the vibrational excitation frequencies result from the vibratory excitation forces produced by the wake of the upstream dawn.
Grâce à la portion de soufflage, les pertes de pression associées au sillage de l’aube amont sont limitées, ce qui réduit les fluctuations de pression en aval de l’aube aval. Grâce à l’invention, le phénomène de résonance est traité de manière indirecte en agissant sur la source d’excitation. En outre, la portion de soufflage permet de modifier la pression autour de l’aube amont, ce qui permet de la stabiliser et de réduire le phénomène de flottement.Thanks to the blowing portion, the pressure losses associated with the wake of the upstream vane are limited, which reduces pressure fluctuations downstream of the downstream vane. Thanks to the invention, the phenomenon of resonance is treated indirectly by acting on the source of excitation. In addition, the blowing portion makes it possible to modify the pressure around the upstream vane, which makes it possible to stabilize it and reduce the floating phenomenon.
De préférence, l’aube amont comportant un bord d’attaque et un bord de fuite, la portion de soufflage est formée sur le bord de fuite. Ainsi, le sillage de l’aube amont est modifié, ce qui impacte uniquement l’écoulement aérodynamique pour l’aube aval.Preferably, the upstream vane having a leading edge and a trailing edge, the blowing portion is formed on the trailing edge. Thus, the wake of the upstream dawn is modified, which only impacts the aerodynamic flow for the downstream dawn.
De préférence encore, le bord de fuite comportant un intrados et un extrados, la portion de soufflage comporte une pluralité d’orifices reliant l’intrados à l’extrados de manière à permettre un soufflage d’air de l’extrados vers l’intrados. Une telle solution permet de ne pas nécessiter de prélèvement additionnel d’air dans la turbomachine, ce qui améliore les performances. Ainsi, le bord de fuite considéré est sur un tronçon d’extrémité d’aube, sur une certaine longueur de corde d’aube, sans considérer uniquement une simple arête de bord de fuite de l’aube.More preferably still, the trailing edge comprising a lower surface and an upper surface, the blowing portion comprises a plurality of orifices connecting the lower surface to the upper surface so as to allow air to be blown from the upper surface to the lower surface . Such a solution makes it possible not to require additional sampling of air in the turbomachine, which improves performance. Thus, the trailing edge considered is on a blade end section, over a certain length of blade line, without considering only a simple trailing edge edge of the blade.
De préférence toujours, l’aube amont comporte un corps principal et un bord de fuite qui est rapporté sur ledit corps principal. Un bord de fuite rapporté permet de former des orifices traversants sans contrainte, en particulier, lorsque le corps principal est en matériau composite. Il suffit de choisir le bord de fuite adapté pour limiter les résonances.Still preferably, the upstream blade has a main body and a trailing edge which is attached to said main body. An added trailing edge makes it possible to form through orifices without constraint, in particular when the main body is made of composite material. Just choose the appropriate trailing edge to limit the resonances.
De manière avantageuse, chaque aube aval comportant un bord d’attaque et un bord de fuite, la portion de résonance est formée sur le bord d’attaque.Advantageously, each downstream vane having a leading edge and a trailing edge, the resonance portion is formed on the leading edge.
Selon un aspect, les aubes amont sont des aubes de stator tandis que les aubes aval sont des aubes de rotor. De manière préférée, chaque aube amont de stator comportant un pied monté dans un carter intérieur et une tête montée dans un carter extérieur, la portion de soufflage comporte une pluralité de tubulures élémentaires qui sont alimentées en air par une enceinte d’air pressurisé du carter extérieur.In one aspect, the upstream vanes are stator vanes while the downstream vanes are rotor vanes. Preferably, each upstream stator blade comprising a foot mounted in an internal casing and a head mounted in an external casing, the blowing portion comprises a plurality of elementary pipes which are supplied with air by a pressurized air enclosure of the casing outside.
Selon un autre aspect, les aubes amont sont des aubes de rotor tandis que les aubes aval sont des aubes de stator. De préférence, chaque aube amont de rotor comportant un pied monté dans un disque rotatif de la turbomachine, la portion de soufflage comporte une pluralité de canaux élémentaires qui sont alimentés en air par des canaux d’alimentation du disque rotatif.According to another aspect, the upstream blades are rotor blades while the downstream blades are stator blades. Preferably, each upstream rotor blade comprising a foot mounted in a rotary disc of the turbomachine, the blowing portion comprises a plurality of elementary channels which are supplied with air by supply channels of the rotary disc.
De manière générale, il a été indiqué qu’au moins une aube amont comporte au moins une portion de soufflage, située sensiblement à une même distance radiale de l’axe de la turbomachine de la portion de résonance, la portion de soufflage étant configurée pour modifier le sillage de l’aube amont concernant le nombre d’aubes impactées par le changement. De manière particulière, ce traitement de sillage par portion de soufflage peut concerner une aube amont, une pluralité d’aube amont ou l’ensemble des aubes amont dans une rangée considérée.In general, it has been indicated that at least one upstream vane comprises at least one blowing portion, located substantially at the same radial distance from the axis of the turbomachine of the resonance portion, the blowing portion being configured to modify the wake of the upstream dawn regarding the number of blades affected by the change. In particular, this wake treatment by blowing portion may relate to an upstream blade, a plurality of upstream blades or all of the upstream blades in a row considered.
Ainsi, selon un aspect de l’invention, une pluralité d’aubes amont comporte au moins une portion de soufflage, de préférence, chaque aube amont comporte au moins une portion de soufflage.Thus, according to one aspect of the invention, a plurality of upstream vanes comprises at least one blowing portion, preferably, each upstream vane comprises at least one blowing portion.
De manière avantageuse, le nombre d’aubes comportant une portion de soufflage ainsi que la disposition des aubes comportant une portion de soufflage peuvent être avantageusement paramétrés. Par exemple il est possible de considérer un motif sur 360 degrés : par exemple 1 aube sur 2 ou 1 aube sur 3. Le motif peut être périodique ou non périodique. Il est ainsi possible de modifier le spectre d’excitation et donc d’atténuer la réponse vibratoire pour la rangée d’aubes aval.Advantageously, the number of blades comprising a blowing portion as well as the arrangement of the blades comprising a blowing portion can be advantageously configured. For example it is possible to consider a pattern on 360 degrees: for example 1 dawn on 2 or 1 dawn on 3. The pattern can be periodic or non-periodic. It is thus possible to modify the excitation spectrum and therefore to attenuate the vibratory response for the row of downstream vanes.
De manière préférée, chaque aube aval comporte une portion de soufflage. Ainsi, une aube aval peut, d’une part, être protégée contre le phénomène de résonance par une aube amont et, d’autre part, protéger une autre aube située en aval contre le phénomène de résonance. La protection contre les résonances est applicable à plusieurs étages de la turbomachine.Preferably, each downstream blade has a blowing portion. Thus, a downstream blade can, on the one hand, be protected against the phenomenon of resonance by an upstream blade and, on the other hand, protect another blade located downstream against the phenomenon of resonance. The protection against resonances is applicable to several stages of the turbomachine.
PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF THE FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels :The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example, and referring to the appended drawings in which:
La figure 1 est une représentation en coupe d’une turbomachine avec une aube de rotor amont et une aube de stator aval selon l’invention,FIG. 1 is a sectional representation of a turbomachine with an upstream rotor blade and a downstream stator blade according to the invention,
La figure 2 est une représentation en coupe d’une turbomachine avec une aube de stator amont et une aube de rotor aval selon l’invention,FIG. 2 is a sectional representation of a turbomachine with an upstream stator blade and a downstream rotor blade according to the invention,
La figure 3 est une représentation en coupe d’une turbomachine avec une aube de stator amont, une aube de rotor intermédiaire et une aube de stator aval selon l’invention, La figure 4 est représentation schématique d’un bord de fuite avec un orifice traversant pour réaliser le soufflage,FIG. 3 is a sectional representation of a turbomachine with an upstream stator blade, an intermediate rotor blade and a downstream stator blade according to the invention, FIG. 4 is a schematic representation of a trailing edge with an orifice crossing to carry out the blowing,
La figure 5 est représentation schématique d’un bord de fuite avec une tubulure interne débouchant dans le bord de fuite,FIG. 5 is a schematic representation of a trailing edge with an internal tube opening into the trailing edge,
La figure 6 est représentation schématique d’une portion de soufflage pour une aube de stator etFIG. 6 is a schematic representation of a blowing portion for a stator blade and
La figure 7 est représentation schématique d’une portion de soufflage pour une aube de rotor.Figure 7 is a schematic representation of a blowing portion for a rotor blade.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.It should be noted that the figures show the invention in detail to implement the invention, said figures can of course be used to better define the invention if necessary.
DESCRIPTION D’UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVREDESCRIPTION OF ONE OR MORE MODES OF IMPLEMENTATION AND IMPLEMENTATION
En référence à la figure 1, il est représenté une turbomachine 1 d’aéronef s’étendant longitudinalement selon un axe X et configurée pour permettre la circulation, d’amont en aval, d’un flux d’air F entrant dans la turbomachine selon l’axe X. De manière connue, une turbomachine 1 comporte une alternance d’aubes de rotor et d’aubes de stator pour accélérer un flux d’air (compresseur) ou capter son énergie (turbine). Chaque aube comporte un bord d’attaque et un bord de fuite.Referring to Figure 1, there is shown an aircraft turbomachine 1 extending longitudinally along an axis X and configured to allow the circulation, from upstream to downstream, of an air flow F entering the turbomachine according to the X axis. In a known manner, a turbomachine 1 alternates between rotor blades and stator blades to accelerate an air flow (compressor) or capture its energy (turbine). Each blade has a leading edge and a trailing edge.
Selon une première forme de réalisation de l’invention, la turbomachine 1 comporte une rangée d’aubes amont de rotor 2B et une rangée d’aubes aval de stator 3A disposée directement en aval de la rangée d’aubes amont de rotor 2B.According to a first embodiment of the invention, the turbomachine 1 comprises a row of upstream rotor blades 2B and a row of downstream stator blades 3A disposed directly downstream of the row of upstream rotor blades 2B.
Dans cet exemple, toujours en référence à la figure 1, chaque aube aval de stator 3A comporte une portion de résonance 4.In this example, still with reference to FIG. 1, each downstream vane of stator 3A comprises a resonance portion 4.
Par portion de résonance 4, on entend une portion sensible à une force d’oscillation vibratoire induite par le sillage d’une aube située directement en amont. La portion de résonance 4 possède plusieurs modes de structure ayant au moins une fréquence propre qui est proche d’une fréquence d’excitation de la force d’oscillation vibratoire sur la plage de fonctionnement de la turbomachine. Par proche, on entend un écart inférieur à 10% entre ladite fréquence propre et la fréquence d’excitation. Comme indiqué précédemment, lorsque la fréquence d’excitation est proche d’une fréquence propre d’un des modes de la structure de la rangée d’aubes aval, un phénomène de résonance apparaît et les amplitudes de la force d’oscillation vibratoire augmentent fortement pouvant amener à une usure prématurée ou une rupture des aubes aval 3A, ce qui présente un inconvénient sur le plan des performances de la turbomachine via par exemple les problématiques de dimensionnement et/ou de prévision de durée de vie en service des aubes.By resonance portion 4 is meant a portion sensitive to a vibratory oscillation force induced by the wake of a blade located directly upstream. The resonance portion 4 has several modes of structure having at least one natural frequency which is close to an excitation frequency of the vibratory oscillation force over the operating range of the turbomachine. By close, we mean a difference of less than 10% between said natural frequency and the excitation frequency. As indicated previously, when the excitation frequency is close to a natural frequency of one of the modes of the structure of the downstream row of blades, a resonance phenomenon appears and the amplitudes of the vibratory oscillation force increase sharply which can lead to premature wear or rupture of the downstream blades 3A, which has a drawback in terms of the performance of the turbomachine via, for example, the problems of dimensioning and / or predicting the service life of the blades.
De manière préférée, pour chaque aube aval 3A, on détermine la ou les portions de résonance 4 en comparant la fréquence d’excitation sur la plage de fonctionnement de la turbomachine 1 aux fréquences propres des portions de résonance 4 de l’aube aval 3A.Preferably, for each downstream vane 3A, the resonance portion or portions 4 are determined by comparing the excitation frequency over the operating range of the turbomachine 1 with the natural frequencies of the resonance portions 4 of the downstream vane 3A.
Une portion de résonance 4 forme potentiellement une faiblesse pour l’aube aval 3A. Une solution immédiate serait de modifier la structure de chaque portion de résonance 4 afin que les fréquences propres de ses modes de structure soient éloignées de la plage de résonance. Néanmoins, une telle modification n’est généralement pas possible d’un point de vue aérodynamique ou structurel. Selon l’invention, le phénomène de résonance est traité de manière indirecte en agissant sur la source d’excitation.A resonance portion 4 potentially forms a weakness for the downstream dawn 3A. An immediate solution would be to modify the structure of each resonance portion 4 so that the natural frequencies of its modes of structure are far from the resonance range. However, such a modification is generally not possible from an aerodynamic or structural point of view. According to the invention, the phenomenon of resonance is treated indirectly by acting on the source of excitation.
Par la suite, chaque portion de résonance 4 est située à une distance radiale R4 déterminée de l’axe X de la turbomachine 1 et reçoit un flux d’air incident F4 de l’aube située directement en amont comme illustré à la figure 4. Dans le flux d’air de la portion de soufflage et de la portion de résonance, la distance radiale correspond en particulier à une même portion de ligne de courant de flux d’air dans la rangée d’aube amont et la rangée d’aube aval considérées.Thereafter, each resonance portion 4 is located at a determined radial distance R4 from the axis X of the turbomachine 1 and receives an incident air flow F4 from the blade located directly upstream as illustrated in FIG. 4. In the air flow of the blowing portion and the resonance portion, the radial distance corresponds in particular to the same portion of the air flow stream line in the upstream blade row and the blade row downstream considered.
Selon l’invention, en référence à la figure 1, chaque aube amont 2B comporte une portion de soufflage 5 configurée pour émettre une pluralité de flux d’air élémentaires Fe et ainsi modifier le sillage de chaque aube amont 2B. La portion de soufflage 5 et la portion de résonance 4 sont situées sensiblement à une même distance radiale R4 de l’axe X de la turbomachine 1, c’est-àdire dans une même portion de ligne de courant, de manière à ce que les flux élémentaires Fe forment une force d’oscillation vibratoire dont la fréquence d’excitation est éloignée de la ou des fréquences propres de structure de la portion de résonance 4 sur la plage de fonctionnement de la turbomachine 1. De plus, l’amplitude de la fréquence d’excitation est diminuée.According to the invention, with reference to FIG. 1, each upstream vane 2B comprises a blowing portion 5 configured to emit a plurality of elementary air flows F e and thus modify the wake of each upstream vane 2B. The blowing portion 5 and the resonance portion 4 are located substantially at the same radial distance R4 from the axis X of the turbomachine 1, that is to say in the same portion of the current line, so that the elementary fluxes F e form a vibratory oscillation force whose excitation frequency is distant from the natural frequency or frequencies of the structure of the resonance portion 4 over the operating range of the turbomachine 1. In addition, the amplitude of the excitation frequency is reduced.
Dans cet exemple, en référence à la figure 1, l’aube aval de stator 3A comporte une portion de résonance 4 située à mi-hauteur de l’aube aval de stator 3A, en particulier, à une distance radiale R4. L’aube amont de rotor 2B comporte une portion de soufflage 5 qui est située à la même distance radiale R4, c’est-à-dire, dans une même portion de ligne de courant. Lors de la rotation de l’aube amont de rotor 2B, le flux d’air amont F est accéléré, ce qui induit un sillage impactant l’aube aval de stator 3A et, plus particulièrement, sa portion de résonance 4. De manière avantageuse, la portion de soufflage 5 génère une pluralité de flux élémentaires Fe à la distance radiale R4de la portion de résonance 4 afin de modifier le sillage de l’aube amont de rotor 2B, ce qui évite avantageusement tout phénomène de résonance vibratoire sur la portion de résonance 4 qui est ainsi protégée. La fréquence d’excitation vibratoire est éloignée des fréquences propres de la portion de résonance 4 des aubes aval 3A tout en diminuant l’amplitude de la fréquence d’excitation vibratoire.In this example, with reference to FIG. 1, the downstream vane of stator 3A comprises a resonance portion 4 situated halfway up the downstream vane of stator 3A, in particular, at a radial distance R4. The upstream rotor blade 2B has a blowing portion 5 which is located at the same radial distance R4, that is to say, in the same portion of the current line. During the rotation of the upstream rotor blade 2B, the upstream air flow F is accelerated, which induces a wake impacting the downstream blade of stator 3A and, more particularly, its resonance portion 4. Advantageously , the blowing portion 5 generates a plurality of elementary flows F e at the radial distance R4 from the resonance portion 4 in order to modify the wake of the upstream rotor blade 2B, which advantageously avoids any phenomenon of vibrational resonance on the portion resonance 4 which is thus protected. The vibration excitation frequency is distant from the natural frequencies of the resonance portion 4 of the downstream vanes 3A while decreasing the amplitude of the vibration excitation frequency.
Dans cet exemple, la portion de soufflage 5 est formée sur le bord de fuite de l’aube amont de rotor 2B de manière à modifier directement le sillage de l’aube amont de rotor 2B, ce qui limite de manière efficace tout phénomène de résonance. De manière générale, le bord de fuite considéré peut être sur un tronçon d’extrémité d’aube, sur une certaine longueur de corde d’aube, sans considérer uniquement une arête de bord de fuite de l’aube.In this example, the blowing portion 5 is formed on the trailing edge of the upstream rotor vane 2B so as to directly modify the wake of the upstream rotor vane 2B, which effectively limits any resonance phenomenon . In general, the trailing edge considered can be on a blade end section, over a certain length of blade chord, without only considering a trailing edge edge of the blade.
Selon une deuxième forme de réalisation de l’invention, en référence à la figure 2, la turbomachine 1 comporte une rangée d’aubes amont de stator 3B et une rangée d’aubes aval de rotor 2A disposée directement en aval de la rangée d’aubes amont de stator 3B.According to a second embodiment of the invention, with reference to FIG. 2, the turbomachine 1 comprises a row of upstream stator vanes 3B and a row of downstream rotor vanes 2A disposed directly downstream of the row of upstream stator vanes 3B.
Par souci de clarté et de concision, la turbomachine 1 selon la deuxième forme de réalisation n’est pas de nouveau décrite en détails. Les éléments de la deuxième forme de réalisation, de fonctions identiques ou analogues à la première forme de réalisation, ne sont pas décrits de nouveau. Seules les différences structurelles et fonctionnelles entre les formes de réalisation sont présentées par la suite.For the sake of clarity and conciseness, the turbomachine 1 according to the second embodiment is not described again in detail. The elements of the second embodiment, of functions identical or analogous to the first embodiment, are not described again. Only the structural and functional differences between the embodiments are presented below.
Dans cet exemple, de manière analogue à la première forme de réalisation, chaque aube aval de rotor 2A comporte une portion de résonance 4 à une distance radiale R4 de l’axe X de la turbomachine 1. De même, chaque aube amont de stator 3B comporte une portion de soufflage 5 configurée pour émettre une pluralité de flux d’air élémentaires Fe. La portion de soufflage 5 et la portion de résonance 4 sont situées à une même distance radiale R4 de l’axe X de la turbomachine 1, dans une même portion de ligne de courant, de manière à ce que les flux élémentaires Fe forment une force d’oscillation vibratoire dont la fréquence d’excitation est éloignée de la ou les fréquences propres de structure de la portion de résonance 4 de l’aube aval de rotor 2A sur la plage de fonctionnement de la turbomachine 1.In this example, analogously to the first embodiment, each downstream rotor blade 2A comprises a resonance portion 4 at a radial distance R4 from the axis X of the turbomachine 1. Similarly, each upstream stator blade 3B comprises a blowing portion 5 configured to emit a plurality of elementary air flows F e . The blowing portion 5 and the resonance portion 4 are located at the same radial distance R4 from the axis X of the turbomachine 1, in the same portion of the current line, so that the elementary flows F e form a vibratory oscillation force whose excitation frequency is far from the natural frequency or frequencies of the structure of the resonance portion 4 of the downstream rotor blade 2A over the operating range of the turbomachine 1.
Lors de la déviation du flux d’air amont F par l’aube amont de stator 3B, celle-ci induit un sillage impactant l’aube aval de rotor 2A lors de sa rotation et, plus particulièrement, sa portion de résonance 4. De manière avantageuse, la portion de soufflage 5 génère une pluralité de flux élémentaires Fe à la même distance radiale R4 que la portion de résonance 4 afin de modifier le sillage de l’aube amont de stator 3B, ce qui évite avantageusement tout phénomène de résonance vibratoire sur la portion de résonance 4 qui est ainsi protégée.When the upstream air flow F is deflected by the upstream stator vane 3B, this induces a wake impacting the downstream rotor vane 2A during its rotation and, more particularly, its resonance portion 4. From advantageously, the blowing portion 5 generates a plurality of elementary flows F e at the same radial distance R4 as the resonance portion 4 in order to modify the wake of the upstream stator vane 3B, which advantageously avoids any resonance phenomenon vibration on the resonance portion 4 which is thus protected.
Autrement dit, l’invention permet aussi bien de protéger une aube aval de stator 3A (Figure 1) qu’une aube aval de rotor 2A (Figure 2).In other words, the invention makes it possible to protect both a downstream stator blade 3A (Figure 1) and a downstream rotor blade 2A (Figure 2).
Selon une troisième forme de réalisation de l’invention, en référence à la figure 3, la turbomachine 1 comporte une rangée d’aubes amont de stator 3B et une rangée d’aubes intermédiaires de rotor 2C disposée directement en aval de la rangée d’aubes amont de stator 3B. La turbomachine 1 comporte en outre une rangée d’aubes aval de stator 3A disposée directement en aval de la rangée d’aubes intermédiaires de rotor 2C.According to a third embodiment of the invention, with reference to FIG. 3, the turbomachine 1 comprises a row of upstream stator vanes 3B and a row of intermediate rotor vanes 2C disposed directly downstream of the row of upstream stator vanes 3B. The turbomachine 1 further comprises a row of downstream stator vanes 3A disposed directly downstream of the row of intermediate rotor vanes 2C.
Par souci de clarté et de concision, la turbomachine selon la troisième forme de réalisation n’est pas de nouveau décrite en détails. Les éléments de la troisième forme de réalisation, de fonctions identiques ou analogues à la première forme de réalisation, ne sont pas décrits de nouveau. Seules les différences structurelles et fonctionnelles entre les formes de réalisation sont présentées par la suite.For the sake of clarity and conciseness, the turbomachine according to the third embodiment is not described again in detail. The elements of the third embodiment, of functions identical or analogous to the first embodiment, are not described again. Only the structural and functional differences between the embodiments are presented below.
Cette troisième forme de réalisation est présentée afin de mettre en avant le fait qu’une aube intermédiaire peut comprendre à la fois une portion de résonance et une portion de soufflage. Dans cet exemple, l’aube intermédiaire est une aube de rotor mais il va de soi que l’invention s’applique également à une aube de stator.This third embodiment is presented in order to highlight the fact that an intermediate blade can include both a resonant portion and a blowing portion. In this example, the intermediate blade is a rotor blade but it goes without saying that the invention also applies to a stator blade.
Toujours en référence à la figure 3, l’aube intermédiaire de rotor 2C comporte, au niveau de son bord d’attaque, une portion de résonance 4 à une distance radiale R4 et, au niveau de son bord de fuite, une portion de soufflage 5’ à une distance radiale R4’.Still with reference to FIG. 3, the intermediate rotor blade 2C comprises, at its leading edge, a resonance portion 4 at a radial distance R4 and, at its trailing edge, a blowing portion 5 'at a radial distance R4'.
Dans cet exemple, de manière analogue à la deuxième forme de réalisation, chaque aube amont de stator 3B comporte une portion de soufflage 5 configurée pour émettre une pluralité de flux d’air élémentaires Fe, la portion de soufflage 5 et la portion de résonance 4 de l’aube intermédiaire de rotor 2C sont situées à une même distance radiale R4 de l’axe X de la turbomachine 1, dans une même portion de ligne de courant, de manière à ce que les flux élémentaires Fe forment une force d’oscillation vibratoire dont la fréquence d’excitation est éloignée de la ou les fréquences propres de structure de la portion de résonance 4 de l’aube intermédiaire de rotor 2C sur la plage de fonctionnement de la turbomachine 1.In this example, analogously to the second embodiment, each upstream stator blade 3B comprises a blowing portion 5 configured to emit a plurality of elementary air flows F e , the blowing portion 5 and the resonance portion 4 of the intermediate rotor blade 2C are located at the same radial distance R4 from the axis X of the turbomachine 1, in the same portion of the current line, so that the elementary flows F e form a force d 'vibration oscillation, the excitation frequency of which is distant from the natural frequency or frequencies of the structure of the resonance portion 4 of the intermediate rotor blade 2C over the operating range of the turbomachine 1.
De manière analogue à la première forme de réalisation, l’aube aval de stator 3A comporte une portion de résonance 4’ située à mi-hauteur de l’aube aval de stator 3A, en particulier, à une distance radiale R4’. L’aube intermédiaire de rotor 2C comporte une portion de soufflage 5’ située à une distance radiale R4’. Lors de la rotation de l’aube intermédiaire de rotor 2B, le flux d’air amont est accéléré, ce qui induit un sillage impactant l’aube aval de stator 3A et, plus particulièrement, sa portion de résonance 4’. De manière avantageuse, la portion de soufflage 5’ génère une pluralité de flux élémentaires Fe’ à la distance radiale R4’ afin de modifier le sillage de l’aube intermédiaire de rotor 2C, ce qui évite avantageusement tout phénomène de résonance vibratoire sur la portion de résonance 4’ qui est ainsi protégée.Similarly to the first embodiment, the downstream vane of stator 3A has a resonance portion 4 'situated halfway up the downstream vane of stator 3A, in particular, at a radial distance R4'. The intermediate rotor blade 2C has a blowing portion 5 'situated at a radial distance R4'. During the rotation of the intermediate rotor blade 2B, the upstream air flow is accelerated, which induces a wake impacting the downstream blade of stator 3A and, more particularly, its resonance portion 4 '. Advantageously, the blowing portion 5 ′ generates a plurality of elementary flows F e ′ at the radial distance R4 ′ in order to modify the wake of the intermediate rotor blade 2C, which advantageously avoids any phenomenon of vibrational resonance on the resonance portion 4 'which is thus protected.
De manière avantageuse, l’invention est appliquée sur plusieurs aubes successives espacées selon l’axe X de manière à limiter tout phénomène de résistance lors de la circulation d’un flux d’air F d’amont en aval dans la turbomachine 1.Advantageously, the invention is applied to several successive blades spaced along the axis X so as to limit any resistance phenomenon during the circulation of an air flow F from upstream to downstream in the turbomachine 1.
Chaque portion de soufflage 5 est configurée pour émettre une pluralité de flux élémentaires Fe afin de former un flux d’air incident F4 pour la portion de résonance 4 qui n’est pas susceptible de la faire vibrer.Each blowing portion 5 is configured to emit a plurality of elementary flows F e in order to form an incident air flow F4 for the resonance portion 4 which is not likely to cause it to vibrate.
Chaque portion de soufflage 5 peut posséder une structure diverse pour accomplir sa fonction. A titre d’exemple, il est représenté à la figure 4 une portion de soufflage 5 pour une aube amont de stator 3B. Le bord de fuite 33B de l’aube amont de stator 3B comporte un intrados INT et un extrados EXT. Le bord de fuite considéré est sur un tronçon d’extrémité d’aube, sur une certaine longueur de corde d’aube, sans considérer uniquement une arête de bord de fuite de l’aube. La portion de soufflage 5 comporte une pluralité d’orifices 34 reliant l’intrados INT à l’extrados EXT de manière à permettre la circulation d’un flux d’air élémentaire Fe de l”extrados EXT vers l’intrados INT. Une telle modification du bord de fuite 33B permet de modifier localement le sillage de l’aube amont de stator 3B. De manière préférée, l’aube amont de stator 3B comporte un bord de fuite 33B qui est monté de manière rapportée sur un corps principal formant l’aube amont de stator 3B. Cela permet avantageusement de former le corps principal de l’aube de stator 3B sans contrainte liée au soufflage (corps principal en matériau composite notamment) et de pouvoir adapter un bord de fuite 33D comportant des orifices 34 placés judicieusement pour diminuer l’impact aérodynamique sur les aubes situées en aval. Autrement dit, cette mise en œuvre offre une flexibilité accrue pour limiter l’excitation vibratoire des aubes aval.Each blowing portion 5 can have a diverse structure to accomplish its function. By way of example, there is shown in FIG. 4 a blowing portion 5 for an upstream stator vane 3B. The trailing edge 33B of the upstream stator vane 3B comprises an intrados INT and an extrados EXT. The trailing edge considered is on a blade end section, over a certain length of blade chord, without considering only one edge of the trailing edge of the blade. The blowing portion 5 comprises a plurality of orifices 34 connecting the intrados INT to the extrados EXT so as to allow the circulation of an elementary air flow F e from the extrados EXT towards the intrados INT. Such a modification of the trailing edge 33B makes it possible to locally modify the wake of the upstream stator vane 3B. Preferably, the upstream stator vane 3B has a trailing edge 33B which is mounted in an attached manner on a main body forming the upstream stator vane 3B. This advantageously makes it possible to form the main body of the stator vane 3B without stress linked to blowing (main body made of composite material in particular) and to be able to adapt a trailing edge 33D comprising orifices 34 placed judiciously to reduce the aerodynamic impact on the blades located downstream. In other words, this implementation offers increased flexibility to limit the vibrational excitation of the downstream blades.
Les orifices traversants 34 ont été présentés pour une aube aval de stator 3B mais cette forme de réalisation s’applique également à une aube aval de rotor 2B. L’avantage d’une telle forme de réalisation est de ne pas nécessiter de prélèvement d’air de la turbomachine 1, ce qui diminuerait les performances.The through holes 34 have been presented for a downstream stator vane 3B but this embodiment also applies to a downstream rotor vane 2B. The advantage of such an embodiment is that it does not require air to be drawn from the turbomachine 1, which would reduce performance.
De manière alternative, en référence à la figure 5, il est représenté une aube aval de stator 3B comportant une tubulure interne 51 débouchant sur le bord de fuite 33B au niveau d’un orifice de sortie 510. Contrairement à la forme de réalisation de la figure 4, chaque tubulure interne 51 prélève de l’air en dehors du flux d’air amont incident afin de modifier son sillage.Alternatively, with reference to FIG. 5, there is shown a downstream vane of stator 3B comprising an internal tube 51 opening onto the trailing edge 33B at an outlet orifice 510. Unlike the embodiment of the FIG. 4, each internal pipe 51 takes air outside the upstream incident air flow in order to modify its wake.
Il est représenté à la figure 6 une portion de soufflage 5 comportant une pluralité de tubulures élémentaires 51 pour une aube amont de stator 3B. A la figure 7, il est représenté une portion de soufflage 5 comportant une pluralité de canaux élémentaires 52 pour une aube amont de rotor 2B.FIG. 6 shows a blowing portion 5 comprising a plurality of elementary pipes 51 for an upstream vane of the stator 3B. In Figure 7, there is shown a blowing portion 5 comprising a plurality of elementary channels 52 for an upstream rotor blade 2B.
En référence à la figure 6, l’aube de stator 3B comporte un pied 30B monté dans un carter intérieur 6 et une tête 31B montée dans un carter extérieur 7. L’aube de stator 3B comporte un bord d’attaque 32B et un bord de fuite 33B. L’aube de stator 3B comporte une portion de soufflage 5 qui comporte une pluralité de tubulures élémentaires 51 qui débouchent, d’une part, dans le bord de fuite 33B via une pluralité d’orifices 510 et, d’autre part, dans le carter extérieur 7, en particulier dans une enceinte d’air pressurisé 70, de manière à alimenter les tubulures élémentaires 51 avec un flux d’air sous pression venant modifier le sillage de l’aube de stator 3B.With reference to FIG. 6, the stator vane 3B comprises a foot 30B mounted in an internal casing 6 and a head 31B mounted in an external casing 7. The stator vane 3B comprises a leading edge 32B and an edge leakage 33B. The stator vane 3B comprises a blowing portion 5 which comprises a plurality of elementary tubes 51 which open, on the one hand, into the trailing edge 33B via a plurality of orifices 510 and, on the other hand, into the outer casing 7, in particular in a pressurized air enclosure 70, so as to supply the elementary pipes 51 with a flow of pressurized air modifying the wake of the stator vane 3B.
De manière avantageuse, la pluralité de tubulures élémentaires d’alimentation 51 de la portion de soufflage 5 permet avantageusement de fournir de la flexibilité pour dimensionner la longueur radiale AR de la portion de soufflage 5. Autrement dit, il suffit d’adapter le positionnement des orifices de sortie 510 des tubulures élémentaires 51 afin de corriger l’influence du sillage sur la portion de résonance 4 de l’aube de rotor aval 2A située directement en aval comme illustré à la figure 2. Selon un aspect préféré, la turbomachine comprend un système d’activation, électronique ou mécanique, du prélèvement d’air par les tubulures élémentaires d’alimentation 51. De préférence, le système d’activation est sélectif et permet de réaliser un prélèvement d’air par une sélection de tubulures élémentaires afin de réaliser un soufflage optimal en fonction des conditions d’utilisation de la turbomachine.Advantageously, the plurality of elementary supply pipes 51 of the blowing portion 5 advantageously makes it possible to provide flexibility for dimensioning the radial length AR of the blowing portion 5. In other words, it suffices to adapt the positioning of the outlet orifices 510 of the elementary pipes 51 in order to correct the influence of the wake on the resonance portion 4 of the downstream rotor blade 2A situated directly downstream as illustrated in FIG. 2. According to a preferred aspect, the turbomachine comprises a activation system, electronic or mechanical, of the air sampling by the elementary supply pipes 51. Preferably, the activation system is selective and allows an air sampling to be carried out by a selection of elementary pipes in order to achieve optimal blowing according to the conditions of use of the turbomachine.
En référence à la figure 7, l’aube de rotor 2B comporte un pied 20B monté dans un logement 80 d’un disque rotatif 8 et une tête libre 21B en regard du carter extérieur 7. L’aube de rotor 2B comporte un bord d’attaque 22B et un bord de fuite 23B. L’aube de rotor 2B comporte une portion de soufflage 5 qui comporte une pluralité de canaux élémentaires 52 qui débouchent, d’une part, dans le bord de fuite 23B via une pluralité d’orifices 520 et, d’autre part, à l’intérieur du disque 8 pour se connecter à des canaux d’alimentation 81 formés dans le disque 8 de manière à alimenter les canaux élémentaires 52 avec un flux d’air sous pression venant modifier le sillage de l’aube de rotor 2B.With reference to FIG. 7, the rotor blade 2B comprises a foot 20B mounted in a housing 80 of a rotary disc 8 and a free head 21B facing the outer casing 7. The rotor blade 2B has an edge d attack 22B and a trailing edge 23B. The rotor blade 2B comprises a blowing portion 5 which comprises a plurality of elementary channels 52 which open, on the one hand, into the trailing edge 23B via a plurality of orifices 520 and, on the other hand, at the inside the disc 8 for connecting to supply channels 81 formed in the disc 8 so as to supply the elementary channels 52 with a flow of pressurized air modifying the wake of the rotor blade 2B.
De manière analogue à la figure 6, la pluralité de canaux élémentaires 52 de la portion de soufflage 5 permet avantageusement de fournir de la flexibilité pour dimensionner la longueur radiale AR de la portion de soufflage 5. Autrement dit, il suffit d’adapter le positionnement des orifices de sortie 520 des canaux élémentaires 52 afin de corriger l’influence du sillage sur la 5 portion de résonance 4 de l’aube de rotor aval 2A en aval comme illustré à la figure 2.Similarly to FIG. 6, the plurality of elementary channels 52 of the blowing portion 5 advantageously makes it possible to provide flexibility for dimensioning the radial length AR of the blowing portion 5. In other words, it suffices to adapt the positioning outlet orifices 520 of the elementary channels 52 in order to correct the influence of the wake on the resonance portion 4 of the downstream rotor blade 2A downstream as illustrated in FIG. 2.
L’inconvénient des formes de réalisation des figures 5 à 7 est de nécessiter un prélèvement d’air de la turbomachine 1, ce qui diminue les performances. Il a été présenté des orifices de sortie 510/520 qui sont circulaires mais il va de soi que des orifices de sortie 510/520 en forme de fente 10 pourraient convenir.The drawback of the embodiments of FIGS. 5 to 7 is that it requires an air intake from the turbomachine 1, which decreases the performance. 510/520 outlet ports have been shown which are circular but it goes without saying that 510/520 outlet ports in the form of a slot 10 could be suitable.
Grâce à l’invention, le phénomène de résonance impactant des parties de résonance 4 d’une aube aval de turbomachine 1 est corrigé en modifiant la force d’oscillation vibratoire de manière localisée. De plus, la portion de soufflage 5 permet de modifier la pression autour de l’aube amont, ce qui permet de la stabiliser et de réduire tout phénomène de flottement.Thanks to the invention, the resonance phenomenon impacting resonance parts 4 of a downstream vane of a turbomachine 1 is corrected by modifying the vibration oscillation force in a localized manner. In addition, the blowing portion 5 makes it possible to modify the pressure around the upstream blade, which makes it possible to stabilize it and reduce any floating phenomenon.
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- 2018-03-29 FR FR1852767A patent/FR3079552B1/en active Active
Patent Citations (5)
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