FR3096732A1 - Ensemble pour turbomachine - Google Patents

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longitudinal axis
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FR1905737A
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Inventor
Philippe Gérard Edmond Joly
Romain Nicolas LAGARDE
Jean-Marc Claude Perrollaz
Laurent Jablonski
François Jean Comin
Edouard Antoine Dominique Marie DE JAEGHERE
Charles Jean-Pierre Douguet
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Safran Aircraft Engines SAS
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Safran Aircraft Engines SAS
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Abstract

La présente invention concerne un ensemble pour turbomachine comprenant :- un premier rotor,- un deuxième rotor, et- un amortisseur (2) configuré pour amortir un déplacement du premier rotor par rapport au deuxième rotor, l’amortisseur (2) comprenant :○ une première partie d’appui (21) présentant une première surface d’appui (2100) agencée pour appliquer un premier effort (F1) sur le deuxième rotor,○ une deuxième partie d’appui (22) présentant une deuxième surface d’appui (2220) agencée pour appliquer un deuxième effort (F2) sur le deuxième rotor. Figure pour l’abrégé : Fig. 4

Description

Ensemble pour turbomachine
La présente invention concerne un ensemble pour turbomachine.
L’invention vise plus spécifiquement un ensemble pour turbomachine comprenant un amortisseur.
Une turbomachine connue de l’état de la technique comprend un carter et une soufflante susceptible d’être mise en rotation par rapport au carter, autour d’un axe longitudinal, grâce à un arbre de soufflante.
La soufflante comprend un disque centré sur l’axe longitudinal, et une pluralité d’aubes réparties circonférentiellement au niveau de la partie externe du disque.
Le domaine de fonctionnement de la soufflante est limité. Plus précisément, l’évolution d’un taux de compression de la soufflante en fonction d’un débit d’air qu’elle aspire lors de sa mise en rotation, est restreinte à un domaine prédéterminé.
Au-delà de ce domaine, la soufflante est en effet soumise à des phénomènes aéroélastiques qui la déstabilisent. Plus précisément, l’air circulant à travers la soufflante en fonctionnement apporte de l’énergie aux aubes, et les aubes répondent sur leurs modes propres à des niveaux pouvant dépasser la limite d’endurance du matériau qui les constitue. Ce couplage fluide-structure génère donc des instabilités vibratoires qui accélèrent l’usure de la soufflante, et diminuent sa durée de vie.
Une soufflante qui comprend un nombre d’aubes réduit, et qui est soumise à des charges aérodynamiques élevées, est très sensible à ce genre de phénomènes.
C’est la raison pour laquelle il est nécessaire de garantir une marge suffisante entre le domaine de fonctionnement stable et les zones d’instabilité, de sorte à ménager les limites d’endurance de la soufflante.
Pour ce faire, il est connu de doter la soufflante d’amortisseurs. Des exemples d’amortisseurs ont été décrits dans les documents FR 2 949 142, EP 1 985 810 et FR 2 923 557, au nom de la Demanderesse. Ces amortisseurs sont tous configurés pour être logés entre la plateforme et le pied de chaque aube, au sein du logement délimité par les échasses respectives de deux aubes successives. Par ailleurs, de tels amortisseurs fonctionnent lors d’un déplacement relatif entre deux plateformes d’aubes successives, par dissipation de l’énergie de vibration, par exemple par frottement. Par conséquent, ces amortisseurs s’attachent uniquement à amortir un premier mode vibratoire des aubes qui caractérise une réponse synchrone des aubes aux sollicitations aérodynamiques. Dans ce premier mode vibratoire, le déphasage inter-aube est non nul.
Toutefois, de tels amortisseurs sont totalement inefficaces pour amortir un deuxième mode vibratoire dans lequel chaque aube bat par rapport au disque avec un déphasage inter-aube nul. En effet, dans ce deuxième mode vibratoire, il n’existe pas de déplacement relatif entre deux plateformes d’aubes successives. Cette réponse particulière des aubes aux sollicitations aérodynamiques, quoique asynchrone, implique tout de même un moment non nul sur l’arbre de soufflante. En outre, ce deuxième mode vibratoire est couplé entre les aubes, le disque, et l’arbre de soufflante. L’amplitude de ce deuxième mode vibratoire est d’autant importante que les aubes sont grandes.
Il existe donc un besoin de palier au moins un des inconvénients de l’état de la technique précédemment décrits.
Un but de l’invention est d’amortir un mode de vibration d’un rotor dans lequel le déphasage entre les aubes dudit rotor est nul.
Un autre but de l’invention est d’influencer l’amortissement de modes de vibration d’un rotor dans lequel le déphasage entre les aubes dudit rotor est non nul.
Un autre but de l’invention est de proposer une solution d’amortissement simple et facile à mettre en œuvre.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, un ensemble pour turbomachine comprenant :
- un carter,
- un premier rotor :
○ mobile en rotation par rapport au carter autour d’un axe longitudinal, et
○ comprenant :
* un disque, et
* une pluralité d’aubes susceptibles de battre par rapport au disque lors d’une rotation du premier rotor par rapport au carter,
- un deuxième rotor mobile en rotation par rapport au carter autour de l’axe longitudinal, et
- un amortisseur configuré pour amortir un déplacement du premier rotor par rapport au deuxième rotor, dans un plan orthogonal à l’axe longitudinal, le déplacement étant causé par un battement d’au moins une aube parmi la pluralité d’aubes, l’amortisseur comprenant :
○ une première partie d’appui présentant une première surface d’appui agencée pour appliquer un premier effort sur le deuxième rotor, le premier effort ayant une première composante longitudinale dans une première direction parallèle à l’axe longitudinal, et une première composante radiale dans une deuxième direction orthogonale à l’axe longitudinal, la première composante longitudinale étant supérieure à la première composante radiale,
○ une deuxième partie d’appui présentant une deuxième surface d’appui agencée pour appliquer un deuxième effort sur le deuxième rotor, le deuxième effort ayant une deuxième composante longitudinale dans la première direction, et une deuxième composante radiale dans la deuxième direction, la deuxième composante radiale étant supérieure à la deuxième composante longitudinale.
C’est en amortissant un déplacement du premier rotor par rapport au deuxième rotor, dans un plan orthogonal à l’axe longitudinal, qu’il est possible d’influencer le deuxième mode vibratoire. De fait, contrairement au premier mode vibratoire, le deuxième mode vibratoire se caractérise par un déphasage inter-aube nul. Par conséquent, disposer un amortisseur entre deux aubes successives d’un rotor, comme cela a déjà été proposé dans l’art antérieur, ne produit aucun effet sur le deuxième mode vibratoire. L’amortisseur de l’ensemble précédemment décrit présente, quant à lui, l’avantage d’influencer le deuxième mode vibratoire car il joue sur un effet du deuxième mode vibratoire : le déplacement du premier rotor par rapport au deuxième rotor, dans le plan orthogonal à l’axe longitudinal. En s’opposant à cet effet, l’amortisseur en perturbe la cause, c’est-à-dire amortit le deuxième mode vibratoire. Il convient néanmoins de noter que le premier mode vibratoire participe également au déplacement du premier rotor par rapport au deuxième rotor, dans le plan orthogonal à l’axe longitudinal. Par conséquent, en s’opposant à cet effet, l’amortisseur participe également à en perturber une autre cause, c’est-à-dire amortir le premier mode vibratoire. En outre, la première surface d’appui assure l’appui à positionnement axial de l’amortisseur, tandis que la deuxième surface d’appui assure l’appui à positionnement radial de l’amortisseur.
Avantageusement, mais facultativement, l’ensemble selon l’invention peut en outre comprendre l’une des caractéristiques suivantes, prise seule ou en combinaison avec une ou plusieurs des autres des caractéristiques suivantes :
- la première partie d’appui est configurée pour appliquer un premier effort centrifuge sur le premier rotor,
- la deuxième partie d’appui est configurée pour appliquer un deuxième effort centrifuge sur le deuxième rotor,
- l’amortisseur comprend en outre une partie de liaison :
○ reliant la première partie d’appui à la deuxième partie d’appui, et
○ étant amincie par rapport à la première partie d’appui et à la deuxième partie d’appui,
- il comprend en outre une plaquette sacrificielle :
○ montée fixe sur la deuxième partie d’appui, et
○ venant en appui sur le deuxième rotor,
- il comprend en outre :
○ une première plaquette sacrificielle montée fixe sur la première partie d’appui et présentant la première surface d’appui, et
○ une deuxième plaquette sacrificielle montée fixe sur la deuxième partie d’appui et présentant la deuxième surface d’appui,
- une fente est ménagée dans la première partie d’appui, l’ensemble comprenant en outre un insert métallique inséré dans la fente, la deuxième plaquette sacrificielle étant montée fixe sur l’insert métallique,
- la première partie d’appui vient en appui sur le premier rotor en une première zone d’appui s’étendant sur un premier secteur angulaire autour de l’axe longitudinal, l’amortisseur comprenant en outre une troisième partie d’appui venant en appui sur le premier rotor en une troisième zone d’appui, différente de la première zone d’appui, la troisième zone d’appui s’étendant sur un troisième secteur angulaire autour de l’axe longitudinal, le troisième secteur angulaire étant inférieur au premier secteur angulaire,
- il comprend en outre une masselotte montée fixe sur l’amortisseur,
- la masselotte est montée fixe sur la première partie d’appui,
- la masselotte est montée fixe sur la deuxième partie d’appui,
- il comprend en outre :
○ une première masselotte montée fixe sur la première partie d’appui, et
○ une deuxième masselotte montée fixe sur la deuxième partie d’appui,
- la première partie d’appui est montée fixe sur le premier rotor,
- la deuxième partie d’appui est montée fixe sur le deuxième rotor,
- chacune des aubes parmi la pluralité d’aubes comprend :
○ un pied d’aube reliant l’aube au disque,
○ un aubage profilé,
○ une échasse reliant l’aubage au pied d’aube, et
○ une plateforme reliant l’aubage à l’échasse et s’étendant transversalement à l’échasse, la première partie d’appui venant en appui sur la plateforme d’une aube parmi la pluralité d’aubes, et
- le deuxième rotor comprend une virole, la virole comprenant une extension circonférentielle, la deuxième partie d’appui venant en appui sur l’extension circonférentielle.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé une turbomachine comprenant un ensemble tel que précédemment décrit, et dans laquelle le premier rotor est une soufflante, et le deuxième rotor est un compresseur basse pression.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre de façon schématique une turbomachine,
La figure 2 comprend une vue en coupe d’une partie d’une turbomachine, et une courbe indiquant un déplacement tangentiel de différents éléments de cette partie de turbomachine en fonction de la position desdits éléments le long d’un axe longitudinal de la turbomachine,
La figure 3 est une vue en coupe d’une partie d’un exemple de réalisation d’un ensemble selon l’invention,
La figure 4 est une vue en perspective d’un amortisseur d’un exemple de réalisation d’un ensemble selon l’invention,
La figure 5 est une vue en perspective d’une partie d’un exemple de réalisation d’un ensemble selon l’invention,
La figure 6 est une vue en perspective d’une partie d’un exemple de réalisation d’un ensemble selon l’invention,
La figure 7 est une vue en perspective d’un amortisseur d’un exemple de réalisation d’un ensemble selon l’invention,
La figure 8 est une vue en perspective d’un amortisseur d’un exemple de réalisation d’un ensemble selon l’invention,
La figure 9 est une vue en perspective d’une partie d’un exemple de réalisation d’un ensemble selon l’invention,
La figure 10 est une vue en perspective d’une partie d’un exemple de réalisation d’un ensemble selon l’invention, et
La figure 11 est une vue en perspective d’un amortisseur d’un exemple de réalisation d’un ensemble selon l’invention.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
Turbomachine 1
En référence à la figure 1, une turbomachine 1 comprend un carter 10, une soufflante 12, un compresseur basse pression 140, un compresseur haute pression 142, une chambre de combustion 16, une turbine haute pression 180 et une turbine basse pression 182.
Chacun de la soufflante 12, du compresseur basse pression 140, du compresseur haute pression 142, de la turbine haute pression 180, et de la turbine basse pression 182, est mobile en rotation par rapport au carter 10 autour d’un axe longitudinal X-X.
Dans le mode de réalisation illustré en figure 1, et comme également visible sur les figures 2 et 3, la soufflante 12 et le compresseur basse pression 140 sont solidaires en rotation, et sont susceptibles d’être mis en rotation par un arbre basse pression 13 qui est lui-même susceptible d’être mis en rotation par la turbine basse pression 182. Le compresseur haute pression 142 est, quant à lui, susceptible d’être mis en rotation par un arbre haute pression 15, qui est lui-même susceptible d’être mis en rotation par la turbine haute pression 180.
En fonctionnement, la soufflante 12 aspire un flux d’air 110 qui se sépare entre un flux secondaire 112, circulant autour du carter 10, et un flux primaire 111, successivement comprimé au sein du compresseur basse pression 140 et du compresseur haute pression 142, enflammé au sein de la chambre de combustion 16, puis successivement détendu au sein de la turbine haute pression 180 et de la turbine basse pression 182.
L'amont et l'aval sont ici définis par rapport au sens d'écoulement normal d’air 110, 111, 112 à travers la turbomachine 1. De même, une direction axiale correspond à la direction de l'axe longitudinal X-X, une direction radiale est une direction qui est perpendiculaire à cet axe longitudinal X-X et qui passe par ledit axe longitudinal X-X, et une direction circonférentielle, ou tangentielle, correspond à la direction d’une ligne courbe plane et fermée, dont tous les points se trouvent à égale distance de l’axe longitudinal X-X. Enfin, et sauf précision contraire, les termes « interne (ou intérieur) » et « externe (ou extérieur) », respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne (i.e. radialement interne) d'un élément est plus proche de l'axe longitudinal X-X que la partie ou la face externe (i.e. radialement externe) du même élément.
Soufflante 12 et compresseur basse pression 140
En référence aux figures 1 à 3, la soufflante 12 comprend un disque 120 et une pluralité d’aubes 122 réparties circonférentiellement au niveau d’une partie externe du disque 120.
En référence aux figures 2 et 3, chacune des aubes 122 de la pluralité d’aubes 122 comprend :
- un pied d’aube 1220 reliant l’aube 122 au disque 120,
- un aubage profilé 1222,
- une échasse 1224 reliant l’aubage 1222 au pied d’aube 1220, et
- une plateforme 1226 reliant l’aubage 1222 à l’échasse 1224, et s’étendant transversalement à l’échasse 1224.
Le pied d’aube 1220 peut être venu de matière avec le disque 120 lorsque la soufflante 12 est un disque aubagé monobloc. Alternativement, comme visible sur la figure 3, le pied d’aube 1220 peut être configuré pour être logé dans une alvéole 1200 du disque 120 prévue à cet effet.
Comme visible sur les figures 2 et 3, le compresseur basse pression 140 comprend également une pluralité d’aubes 1400 montées fixes au niveau d’une partie externe d’une virole 1402, ladite virole 1402 comprenant une extension circonférentielle 1404 à l’extrémité externe de laquelle des léchettes radiales d’étanchéité 1406 s’étendent. Les léchettes radiales d’étanchéité 1406 viennent en regard des plateformes 1226 des aubes 122 de la soufflante 12, de sorte à garantir l’étanchéité interne de la veine d’écoulement au sein duquel circule le flux primaire 111. Comme plus précisément visible sur la figure 3, la virole 1402 du compresseur basse pression 140 est fixée au disque 120 de la soufflante 12, par exemple par boulonnage.
Chacune des aubes 122 de la pluralité d’aubes 122 de soufflante 12 est susceptible de battre en vibrant par rapport au disque 120 lors d’une rotation de la soufflante 12 par rapport au carter 10. Plus précisément, lors du couplage entre l’air 110 circulant au sein de la soufflante 12 et les aubages profilés 1222, les aubes 122 sont le siège de phénomènes aéroélastiques de flottement sur différents modes vibratoires, et dont l’amplitude peut être telle qu’elle dépasse les limites d’endurance des matériaux constituant la soufflante 12. Ces modes vibratoires sont en outre couplés aux efforts opposés de compression en amont de la turbomachine 1, et de détente en aval de celle-ci.
Un premier mode vibratoire caractérise une réponse synchrone des aubes 122 aux sollicitations aérodynamiques, dans laquelle le déphasage inter-aube est non nul.
Un deuxième mode vibratoire caractérise une réponse asynchrone des aubes 122 aux sollicitations aérodynamiques, dans laquelle le déphasage inter-aube est nul. L’amplitude des battements du deuxième mode vibratoire est d’ailleurs d’autant grande que les aubes 122 de soufflante 12 sont grandes. En outre, ce deuxième mode vibratoire est couplé entre les aubes 122, le disque 120, et l’arbre de soufflante 13. La fréquence du deuxième mode vibratoire est, de plus, une fois et demie supérieure à celle du premier mode vibratoire. Enfin, le deuxième mode vibratoire présente une déformée nodale à mi-hauteur des aubes 122 de soufflante 12.
Dans des modes vibratoires, dont le deuxième mode vibratoire, le battement des aubes 122 implique un moment non nul sur l’arbre basse pression 13. Notamment, ces modes vibratoires entraînent des efforts de torsion intenses au sein de l’arbre basse pression 13.
Les vibrations induites par le battement des aubes 122 de la soufflante 12, mais aussi par le battement des aubes 1400 du compresseur basse pression 140, conduisent à des déplacements tangentiels relatifs importants entre la soufflante 12 et le compresseur basse pression 140. En effet, la longueur des aubes 122 de la soufflante 12 est supérieure à la longueur des aubes 1400 du compresseur basse pression 140. Par conséquent, le moment de flexion tangentielle entraîné par les battements d’une aube 122 de la soufflante 12 est supérieur au moment de flexion tangentielle entraîné par des battements d’une aube 1400 du compresseur basse pression 140. Les aubages des aubes 122 de la soufflante 12 et des aubes 1400 du compresseur basse pression 140 ont alors des comportements bien différents. Par ailleurs, la raideur de montage au sein de la soufflante 12 est différente de la raideur de montage au sein du compresseur basse pression 140.
Comme visible plus précisément sur la figure 2, il en résulte notamment un déplacement de grande amplitude de la soufflante 12 par rapport au compresseur basse pression 140, dans un plan orthogonal à l’axe longitudinal X-X, à l’interface entre les plateformes 1226 des aubes 122 de la soufflante 12 et les léchettes radiales d’étanchéité 1406 de l’extension circonférentielle 1404 de la virole 1402 du compresseur basse pression 140. L’amplitude de ce déplacement pour le deuxième mode vibratoire est par exemple comprise entre 0,01 et 0,09 millimètre, typiquement de l’ordre de 0,06 millimètre, ou, dans un autre exemple, est de l’ordre de quelques dixièmes de millimètre, par exemple 0,1 ou 0,2 ou 0,3 millimètre.
Amortisseur 2
Un amortisseur 2 est utilisé en vue d’amortir ces vibrations de la soufflante 12 et/ou du compresseur basse pression 140.
L’amortisseur 2 est notamment configuré pour amortir un déplacement de la soufflante 12 par rapport au compresseur basse pression 140, dans un plan orthogonal à l’axe longitudinal X-X, le déplacement étant causé par un battement d’au moins une aube 122 parmi la pluralité d’aubes 122 de la soufflante 12.
En référence aux figures 3 et 4, l’amortisseur 2 comprend :
- une première partie d’appui 21 présentant une première surface d’appui 2100 agencée pour appliquer un premier effort F1 sur le compresseur basse pression 140, le premier effort F1 ayant une première composante longitudinale F1L dans une première direction parallèle à l’axe longitudinal X-X, et une première composante radiale F1R dans une deuxième direction orthogonale à l’axe longitudinal X-X, la première composante longitudinale F1L étant supérieure à la première composante radiale F1R, et
- une deuxième partie d’appui 22 présentant une deuxième surface d’appui 2220 agencée pour appliquer un deuxième effort F2 sur le compresseur base pression 140, le deuxième effort F2 ayant une deuxième composante longitudinale F2L dans la première direction, et une deuxième composante radiale F2R dans la deuxième direction, la deuxième composante radiale F2R étant supérieure à la deuxième composante longitudinale F2L.
En d’autres termes, la première surface d’appui 2100 assure l’appui à positionnement axial de l’amortisseur 2, tandis que la deuxième surface d’appui 2220 assure l’appui à positionnement radial de l’amortisseur 2.
En référence aux figures 3, 5, 6 et 9, dans un mode de réalisation, la première partie d’appui 21 vient en appui sur la soufflante 12. En outre, la première partie d’appui 21 est configurée pour appliquer un premier effort centrifuge C1 sur la soufflante 12. De plus, comme également visible sur ces figures, la deuxième partie d’appui 22 vient en appui sur le compresseur basse pression 140. Par ailleurs, la deuxième partie d’appui 22 est configurée pour appliquer un deuxième effort centrifuge C2 sur le compresseur basse pression 140. Ainsi, en fonctionnement, la deuxième surface d’appui 2220 participe à l’application du deuxième effort centrifuge C2 sur le compresseur basse pression 140.
En référence aux figures 3 à 7 et 9 à 11, dans un mode de réalisation, l’amortisseur comprend en outre une partie de liaison 20 :
- reliant la première partie d’appui 21 à la deuxième partie d’appui 22, et
- étant amincie par rapport à la première partie d’appui 21 et à la deuxième partie d’appui 22.
Plus précisément, comme illustré sur les figures 4, 5, 7, et 9 à 11, la première partie d’appui 21 présente une première épaisseur radiale E1 dans un plan de coupe qui comprend l’axe longitudinal X-X, la deuxième partie d’appui 22 présente une deuxième épaisseur radiale E2 dans le plan de coupe, et la partie de liaison 20 présente une épaisseur radiale de liaison E0 dans le plan de coupe. La figure 3 fournit un exemple de vue dans un tel plan de coupe. Comme visible sur les figures 4, 5, 7, et 9 à 11, l’épaisseur radiale de liaison E0 est plus petite que la première épaisseur radiale E1 et que la deuxième épaisseur radiale E2. La partie de liaison 20 est donc amincie par rapport à la première partie d’appui 21 et à la deuxième partie d’appui 22.
Ainsi, la première partie d’appui 21 et la deuxième partie d’appui 22 sont massives. Par conséquent, en fonctionnement, chacune de la première partie d’appui 21 et de la deuxième partie d’appui 22 exerce un effort centrifuge respectif C1, C2 sur la soufflante 12 et le compresseur basse pression 140, sur lesquels lesdites parties d’appui 21, 22 viennent en appui. De cette manière, les parties d’appui 21, 22 sont chacune couplée dynamiquement respectivement à a soufflante 12 et au compresseur basse pression 140 sur lequel chacune vient en appui, de sorte à subir les mêmes vibrations que chacun de la soufflante 12 et du compresseur basse pression 140. En outre, les parties d’appui 21, 22 sont plus raides que la partie de liaison 20, notamment dans une direction tangentielle. Avantageusement, comme par exemple visible sur la figure 5, la deuxième épaisseur radiale E2 est supérieure à la première épaisseur radiale E1, de sorte à mieux garantir l’appui de la deuxième partie 22.
La partie de liaison 20, plus mince, est plus souple, notamment dans une direction tangentielle. Elle permet donc à la soufflante 12 de transmettre les vibrations auxquelles elle est sujette au compresseur basse pression 140 et, réciproquement, elle permet au compresseur basse pression 140 de transmettre les vibrations auxquelles il est sujet à la soufflante 12. En effet, pour des fréquences vibratoires élevées, l’amortissement est notamment assuré par le travail en cisaillement de la partie de liaison 20, c’est-à-dire par dissipation viscoélastique Pour des fréquences vibratoires faibles, l’amortissement est notamment assuré par frottement de l’une ou l’autre de la première partie d’appui 21 ou de la deuxième partie d’appui 22 respectivement contre la soufflante 12 ou contre le compresseur basse pression 140.
Avantageusement, comme visible sur les figures 3, 5, 6 et 9, la première partie d’appui 21 vient en appui sur la plateforme 1226 d’une aube 122 de la soufflante 12, au niveau d’une surface interne de la plateforme 1226. En outre, la deuxième partie d’appui 22 vient en appui sur l’extension circonférentielle 1404 de la virole 1402 du compresseur basse pression 140, au niveau d’une surface interne des léchettes radiales d’étanchéité 1406. En effet, c’est à cette position que le déplacement de la soufflante 12 par rapport au compresseur basse pression 140, dans le plan orthogonal à l’axe longitudinal X-X, est de plus grande amplitude, typiquement de quelques millimètres. Par conséquent, l’amortisseur 2 s’y trouve particulièrement efficace. En outre, l’amincissement de la partie de liaison 20 assure un dégagement qui permet à l’amortisseur 2 d’éviter de frotter sur un coin des léchettes radiales d’étanchéité 1406.
Toutes ou partie des aubes 122 de la soufflante 12 peuvent d’ailleurs être équipées d’un tel amortisseur 2, suivant l’amortissement recherché, mais également les caractéristiques de montage et/ou de maintenance.
Dans un mode de réalisation, la première partie d’appui 21 est montée fixe sur la soufflante 12, par exemple par collage. Ceci facilite l’intégration de l’amortisseur 2 au sein de la turbomachine 1, et garantit l’appui de la première partie d’appui 21 sur la soufflante 12. En variante, comme par exemple illustré sur la figure 10, la deuxième partie d’appui 22 est montée fixe sur le compresseur basse pression 140, par exemple par collage. La première partie d’appui 21 peut alors être montée libre pour frotter sur la soufflante 12.
Dans un mode de réalisation, l’amortisseur 2 comprend un matériau de la gamme ayant l’appellation commerciale « SMACTANE® ST » et/ou « SMACTANE® SP », par exemple un matériau de type « SMACTANE® ST 70 » et/ou « SMACTANE® SP 50 ». Il a en effet été observé que de tels matériaux présentent des propriétés d’amortissement appropriées.
En référence aux figures 5 et 6, dans un mode de réalisation, la première partie d’appui 21 vient en appui sur la soufflante 12 en une première zone d’appui s’étendant sur un premier secteur angulaire A1 autour de l’axe longitudinal X-X, et la deuxième partie d’appui 22 vient en appui sur le compresseur basse pression 140 en une deuxième zone d’appui s’étendant sur un deuxième secteur angulaire A2 autour de l’axe longitudinal X-X. Avantageusement, comme illustré en figure 6, le premier secteur angulaire A1 correspond au secteur angulaire occupé par la plateforme 1226 d’une aube 122 de la soufflante 12. En d’autres termes, la première partie d’appui 21 s’étend sur toute la dimension circonférentielle de la plateforme 1226 de l’aube 122, au niveau d’une surface interne de ladite plateforme 1226. L’appui de l’amortisseur 2 sur la soufflante 12 est ainsi amélioré. Comme également visible sur les figures 4 à 7, et 9 à 11, dans une variante avantageuse de ce mode de réalisation, l’amortisseur 2 comprend une troisième partie d’appui 23 venant en appui sur la soufflante 12 en une troisième zone d’appui, différente de la première zone d’appui. De plus, la troisième zone d’appui s’étend sur un troisième secteur angulaire A3 autour de l’axe longitudinal X-X, le troisième secteur angulaire A3 étant inférieur au premier secteur angulaire A1. La troisième partie d’appui 23 permet d’améliorer la stabilité de l’amortisseur 2. A cet égard, la troisième partie d’appui 23 vient avantageusement en appui sur une surface aval de l’échasse 1224 de l’aube 122, comme visible sur la figure 6.
En référence à la figure 7, dans un mode de réalisation, une plaquette sacrificielle 220 vient en appui sur le compresseur basse pression 140. La plaquette sacrificielle 220 est montée fixe sur la deuxième partie d’appui 22, par exemple par collage, et/ou en étant logée au sein d’une gorge 2200 de la deuxième partie d’appui 22 prévue à cet effet, comme visible sur la figure 7. La plaquette sacrificielle 220 est configurée pour garantir l’appui de la deuxième partie d’appui 22 sur le compresseur basse pression 140. En effet, les sollicitations mécaniques en fonctionnement sont telles que de légers mouvements tangentiels, axiaux et radiaux de l’amortisseur 2 sont à prévoir. Ces mouvements sont notamment dûs aux vibrations à amortir, mais aussi au chargement centrifuge de l’amortisseur 2. Il est nécessaire que ces mouvements n’usent pas le compresseur basse pression 140. A cet égard, la plaquette sacrificielle 220 comprend un matériau anti-usure, par exemple de type téflon et/ou tout type de matériau composite. Dans une configuration avantageuse, la plaquette sacrificielle 220 est en outre traitée par lubrification sèche, en vue de pérenniser la valeur du coefficient de frottement entre l’amortisseur 2 et le compresseur basse pression 140. Ce matériau à propriétés de lubrification est par exemple de type MoS2. Avantageusement, la plaquette sacrificielle 220 peut également comprendre un revêtement additionnel, configuré pour diminuer le frottement et/ou l’usure du compresseur basse pression 140. Ce revêtement additionnel est monté fixe sur la plaquette sacrificielle 220, par exemple par collage. Le revêtement additionnel est de type dissipatif et/ou viscoélastique et/ou amortissant. Il peut en effet comprendre un matériau de la gamme ayant l’appellation commerciale « SMACTANE® ST » et/ou « SMACTANE® SP », par exemple un matériau de type « SMACTANE® ST 70 » et/ou « SMACTANE® SP 50 ». Il peut également comprendre un matériau choisi parmi ceux présentant des propriétés mécaniques similaires à celles du vespel, du téflon ou de toute autre matière à propriétés lubrifiantes. De manière plus générale le matériau de revêtement additionnel possède avantageusement un coefficient de frottement compris entre 0,3 et 0,07. La plaquette sacrificielle 220 est éventuellement combinée par juxtaposition avec son revêtement additionnel. En effet, elle permet d’augmenter les frottements, notamment tangentiels, de l’amortisseur 2 lorsque, en fonctionnement, la plaquette sacrificielle 220 est suffisamment contrainte par le deuxième effort centrifuge C2 pour que le déplacement de la soufflante 12 par rapport au compresseur basse pression 140, dans le plan orthogonal à l’axe longitudinal X-X, soit amorti par dissipation énergétique au moyen d’un cisaillement viscoélastique de la plaquette sacrificielle 220.
En référence à la figure 8, dans une variante avantageuse du mode de réalisation illustré en figure 3 :
- une première plaquette sacrificielle 210 est montée fixe sur la première partie d’appui 21, par exemple par collage, et présente la première surface d’appui 2100, et
- une deuxième plaquette sacrificielle 222 est montée fixe sur la deuxième partie d’appui 22, par exemple par collage, et présente la deuxième surface d’appui 2220.
La première plaquette sacrificielle 210 et la deuxième plaquette sacrificielle 222 présentent avantageusement les mêmes caractéristiques que celles décrites en référence à la plaquette sacrificielle 220 du mode de réalisation illustré en figure 7, avec les mêmes bénéfices pour l’amortissement d’un déplacement de la soufflante 12 par rapport au compresseur basse pression 140, dans le plan orthogonal à l’axe longitudinal X-X.
Toujours en référence à la figure 8, de manière également avantageuse, une fente 213 est ménagée dans la première partie d’appui 21, un insert métallique 223 étant inséré dans la fente 213, la deuxième plaquette sacrificielle 222 étant montée fixe sur l’insert métallique 223, par exemple par collage. L’insert métallique 223 permet de rigidifier l’amortisseur 2. En outre, l’insert métallique 223 facilite la déformation de la première plaquette sacrificielle 210 et de la deuxième plaquette sacrificielle 222.
En référence aux figures 9 à 11, dans un mode de réalisation, une masselotte 3 est montée fixe sur l’amortisseur 2, par exemple par collage. La masselotte 3 permet d’ajuster les efforts centrifuges C1, C2 exercés par l’amortisseur 2 sur la soufflante 12 et sur le compresseur basse pression 140, de sorte à améliorer le couplage dynamique entre la première partie d’appui 21 et la soufflante 12, et entre la deuxième partie d’appui 22 et le compresseur basse pression 140. Avantageusement, la masselotte 3 comprend un matériau élastomère. En référence à la figure 9, la masselotte 3 peut alors être montée fixe à la fois sur la première partie d’appui 21 et sur la deuxième partie d’appui 22, par exemple par collage.
En référence à la figure 10, dans une variante avantageuse, la masselotte 3 est montée fixe sur la première partie d’appui 21, par exemple par collage, préférentiellement uniquement sur la première partie d’appui 21. Avantageusement, comme visible sur la figure 10, la masselotte est décalée vers l’amont de la première partie d’appui 21, de sorte à laisser libre la partie de liaison 20 afin que, en fonctionnement, elle puisse efficacement travailler en cisaillement pour amortir un déplacement de la soufflante 12 par rapport au compresseur basse pression 140, dans un plan orthogonal à l’axe longitudinal X-X. Alternativement, la masselotte 3 est montée fixe sur la deuxième partie d’appui 22, par exemple par collage, préférentiellement uniquement sur la deuxième partie d’appui 22. Avantageusement, et pour les mêmes raisons que celles évoquées en référence à la première partie d’appui 21, la masselotte 3 est décalée vers l’aval de la deuxième partie d’appui 22. Préférentiellement, la masselotte 3 est montée fixe sur uniquement la première partie d’appui 21 si la deuxième partie d’appui 22 est montée fixe sur le compresseur basse pression 140.
Dans une autre variante avantageuse, en référence à la figure 11 :
- une première masselotte 31 est montée fixe sur la première partie d’appui 21, par exemple par collage, et
- une deuxième masselotte 32 est montée fixe sur la deuxième partie d’appui 22, par exemple par collage.
De cette manière, il est possible d’ajuster indépendamment le premier effort centrifuge C1 et le deuxième effort centrifuge C2. Ceci permet d’améliorer l’amortissement des vibrations en ciblant les modes vibratoires propres à la soufflante 12 et propres au compresseur basse pression 140.
Dans tout ce qui a été décrit précédemment, l’amortisseur 2 est configuré pour amortir un déplacement de la soufflante 12 par rapport au compresseur basse pression 140, dans le plan orthogonal à l’axe longitudinal X-X.
Ceci n’est cependant pas limitatif, puisque l’amortisseur 2 est également configuré pour amortir un déplacement de n’importe quel premier rotor 12 par rapport à n’importe quel deuxième rotor 140, dans un plan orthogonal à l’axe longitudinal X-X, tant que le premier rotor 12 est mobile en rotation par rapport au carter 10 autour de l’axe longitudinal X-X et comprend un disque 120 ainsi qu’une pluralité d’aubes 122 susceptibles de battre en vibrant par rapport au disque 120 lors d’une rotation du premier rotor 12 par rapport au carter 10, et que le deuxième rotor 140 est également mobile en rotation par rapport au carter 10 autour de l’axe longitudinal X-X.
Ainsi, le premier rotor 12 peut être un premier étage du compresseur haute pression 142 ou de compresseur basse pression 140, et le deuxième rotor 140 être un deuxième étage dudit compresseur 140, 142, successif au premier étage de compresseur 140, 142, en amont ou en aval de ce-dernier. Alternativement, le premier rotor 12 peut être un premier étage de turbine haute pression 180 ou de turbine basse pression 182, et le deuxième rotor 140 être un deuxième étage de ladite turbine 180, 182, successif au premier étage de turbine 180, 182, en amont ou en aval de ce-dernier.
En tout état de cause l’amortisseur 2 présente un encombrement restreint. Par conséquent, il peut facilement être intégré aux turbomachines existantes.
De plus, en étant configuré pour exercer des efforts centrifuges C1, C2 sur le premier rotor 12 et sur le deuxième rotor 140, l’amortisseur 2 assure une raideur tangentielle importante entre le premier rotor 12 et le deuxième rotor 140. Il se démarque ainsi d’un amortisseur trop souple qui viendrait uniquement à se déformer lors d’un déplacement du premier rotor 12 par rapport au deuxième rotor 140, dans le plan orthogonal à l’axe longitudinal X-X. Au contraire, l’amortisseur 2 dissipe un tel déplacement :
- soit par frottement et/ou oscillations entre un état où l’amortisseur 2 est collé sur les rotors 12, 140 et un état où l’amortisseur 2 glisse sur les rotors 12, 140, ce qui permet d’amortir notamment les basses fréquences,
- soit par cisaillement viscoélastique au sein de l’amortisseur 2, ce qui permet d’amortir notamment les hautes fréquences.
Toutefois, l’amortisseur 2 demeure suffisamment souple pour maximiser les surfaces de contact entre ledit amortisseur 2 et les rotors 12, 140 sur lequel il vient en appui. Pour ce faire, l’amortisseur 2 présente une rigidité tangentielle plus importante qu’une rigidité axiale et qu’une rigidité radiale.
Les efforts de contact entre l’amortisseur 2 et les rotors 12, 140 peuvent notamment être ajustés au moyen de masselottes 3 et/ou de plaquettes sacrificielles 220, 210, 222 et/ou de revêtements supplémentaires sur lesdites plaquettes sacrificielles 220, 210, 222. A basses fréquences, il est en effet nécessaire de s’assurer que les efforts centrifuges C1, C2 exercées par l’amortisseur 2 sur les rotors 12, 140 ne sont pas trop importants, afin de garantir que l’amortisseur 2 puisse osciller entre un état collé et un état glissant sur les rotors 12, 140, et ainsi amortir par frottements. A hautes fréquences, en revanche, il est nécessaire de s’assurer que les efforts centrifuges C1, C2 exercées par l’amortisseur 2 sur les rotors 12, 140 sont suffisamment importants pour que la précontrainte de l’amortisseur 2 sur les rotors 12, 140 soit suffisante, afin de garantir que l’amortisseur 2 puisse être le siège de cisaillement viscoélastique.
L’usure des rotors 12, 140 est notamment limitée par traitement des surfaces de l’amortisseur 2 en appui sur les rotors 12, 140, par exemple pour les doter d’un revêtement à faible coefficient de frottement.

Claims (17)

  1. Ensemble pour turbomachine (1) comprenant :
    - un carter (10),
    - un premier rotor (12) :
    ○ mobile en rotation par rapport au carter (10) autour d’un axe longitudinal (X-X), et
    ○ comprenant :
    * un disque (120), et
    * une pluralité d’aubes (122) susceptibles de battre par rapport au disque (120) lors d’une rotation du premier rotor (12) par rapport au carter (10),
    - un deuxième rotor (140) mobile en rotation par rapport au carter (10) autour de l’axe longitudinal (X-X), et
    - un amortisseur (2) configuré pour amortir un déplacement du premier rotor (12) par rapport au deuxième rotor (140), dans un plan orthogonal à l’axe longitudinal (X-X), le déplacement étant causé par un battement d’au moins une aube (122) parmi la pluralité d’aubes (122), l’amortisseur (2) comprenant :
    ○ une première partie d’appui (21) présentant une première surface d’appui (2100) agencée pour appliquer un premier effort (F1) sur le deuxième rotor (140), le premier effort (F1) ayant une première composante longitudinale (F1L) dans une première direction parallèle à l’axe longitudinal (X-X), et une première composante radiale (F1R) dans une deuxième direction orthogonale à l’axe longitudinal (X-X), la première composante longitudinale (F1L) étant supérieure à la première composante radiale (F1R),
    ○ une deuxième partie d’appui (22) présentant une deuxième surface d’appui (2220) agencée pour appliquer un deuxième effort (F2) sur le deuxième rotor (140), le deuxième effort (F2) ayant une deuxième composante longitudinale (F2L) dans la première direction, et une deuxième composante radiale (F2R) dans la deuxième direction, la deuxième composante radiale (F2R) étant supérieure à la deuxième composante longitudinale (F2L).
  2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la première partie d’appui (21) est configurée pour appliquer un premier effort centrifuge (C1) sur le premier rotor (12).
  3. Ensemble selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la deuxième partie d’appui (22) est configurée pour appliquer un deuxième effort centrifuge (C2) sur le deuxième rotor (140).
  4. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’amortisseur (2) comprend en outre une partie de liaison (20) :
    - reliant la première partie d’appui (21) à la deuxième partie d’appui (22), et
    - étant amincie par rapport à la première partie d’appui (21) et à la deuxième partie d’appui (22).
  5. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 4, l’ensemble comprenant en outre une plaquette sacrificielle (220) :
    - montée fixe sur la deuxième partie d’appui (22), et
    - venant en appui sur le deuxième rotor (140).
  6. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 5, l’ensemble comprenant en outre :
    - une première plaquette sacrificielle (210) montée fixe sur la première partie d’appui (21) et présentant la première surface d’appui (2100), et
    - une deuxième plaquette sacrificielle (222) montée fixe sur la deuxième partie d’appui (22) et présentant la deuxième surface d’appui (2220).
  7. Ensemble selon la revendication 6, dans lequel une fente (213) est ménagée dans la première partie d’appui (21), l’ensemble comprenant en outre un insert métallique (223) inséré dans la fente (213), la deuxième plaquette sacrificielle (222) étant montée fixe sur l’insert métallique (223).
  8. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la première partie d’appui (21) vient en appui sur le premier rotor (12) en une première zone d’appui s’étendant sur un premier secteur angulaire (A1) autour de l’axe longitudinal (X-X), l’amortisseur (2) comprenant en outre une troisième partie d’appui (23) venant en appui sur le premier rotor (12) en une troisième zone d’appui, différente de la première zone d’appui, la troisième zone d’appui s’étendant sur un troisième secteur angulaire (A3) autour de l’axe longitudinal (X-X), le troisième secteur angulaire (A3) étant inférieur au premier secteur angulaire (A1).
  9. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 8, l’ensemble comprenant en outre une masselotte (3) montée fixe sur l’amortisseur (2).
  10. Ensemble selon la revendication 9, dans lequel la masselotte (3) est montée fixe sur la première partie d’appui (21).
  11. Ensemble selon l’une des revendications 9 et 10, dans lequel la masselotte (3) est montée fixe sur la deuxième partie d’appui (22).
  12. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 11, l’ensemble comprenant en outre :
    - une première masselotte (31) montée fixe sur la première partie d’appui (21), et
    - une deuxième masselotte (32) montée fixe sur la deuxième partie d’appui (22).
  13. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel la première partie d’appui (21) est montée fixe sur le premier rotor (12).
  14. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel la deuxième partie d’appui (22) est montée fixe sur le deuxième rotor (140).
  15. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel chacune des aubes (122) parmi la pluralité d’aubes (122) comprend :
    - un pied d’aube (1220) reliant l’aube (122) au disque (120),
    - un aubage (1222) profilé,
    - une échasse (1224) reliant l’aubage (1222) au pied d’aube (1220), et
    - une plateforme (1226) reliant l’aubage (1222) à l’échasse (1224) et s’étendant transversalement à l’échasse (1224), la première partie d’appui (21) venant en appui sur la plateforme (1226) d’une aube (122) parmi la pluralité d’aubes (122).
  16. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 15, dans lequel le deuxième rotor (140) comprend une virole (1402), la virole (1402) comprenant une extension circonférentielle (1404), la deuxième partie d’appui (22) venant en appui sur l’extension circonférentielle (1404).
  17. Turbomachine (1) comprenant un ensemble selon l’une des revendications 1 à 16, et dans laquelle le premier rotor (12) est une soufflante et le deuxième rotor (140) est un compresseur basse pression.
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