FR3103214A1 - Dispositif d’équilibrage d'un anneau rotatif - Google Patents

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Abstract

Le présent document concerne un dispositif d’équilibrage (10) d’un anneau (12) rotatif d’axe longitudinal (A), l’anneau (12) comprenant au moins un conduit (CK) comportant une première extrémité et une seconde extrémité débouchant radialement vers l’extérieur, une masselotte (MK) étant agencée à l’intérieur du conduit (CK) et apte à être déplacée dans le conduit (CK) entre une première position radiale (P1K) et une seconde position radiale (P2K), la première position radiale (P1K) étant plus éloignée de l’axe longitudinal (A) que la seconde position radiale (P2K), le dispositif (10) comprenant des moyens d’alimentation en air sous pression des première et seconde extrémités dudit au moins un conduit (CK). Figure à publier avec l’abrégé : figure numéro 3

Description

Dispositif d’équilibrage d’un anneau rotatif
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne un dispositif d’équilibrage dynamique d’un rotor ainsi qu’une turbomachine comprenant un tel dispositif.
Etat de la technique antérieure
Classiquement, une turbomachine comprend des rotors comportant des rangées annulaires d’aubes mobiles pour réaliser la compression d’air ou bien être entrainés en rotation par des gaz chauds. Un rotor présente toujours un balourd en rotation qu’il est nécessaire de compenser par l’ajout de masselottes qu’il faut positionnées angulairement et radialement de manière adaptée. Ces masselottes peuvent être des vis ou des écrous ou des rondelles ou bien encore des clips.
Cet équilibrage nécessite une intervention lors de l’assemblage de la turbomachine, sous l’aile de l’avion c’est-à-dire avec la turbomachine portée par l’aile d’un avion ou bien encore en atelier. Par ailleurs, cet équilibrage ne peut être réalisé avec le moteur en fonctionnement.
Le présent document concerne un dispositif d’équilibrage d’un anneau rotatif d’axe longitudinal, l’anneau comprenant au moins un conduit comportant une première extrémité et une seconde extrémité débouchant radialement vers l’extérieur, une masselotte étant agencée à l’intérieur du conduit et apte à être déplacée dans le conduit entre une première position radiale et une seconde position radiale, la première position radiale étant plus éloignée de l’axe longitudinal que la seconde position radiale, le dispositif comprenant des moyens d’alimentation en air sous pression contrôlée des première et seconde extrémités dudit au moins un conduit.
A la différence de la technique antérieure où chaque masselotte est fixée au rotor, le présent document autorise un déplacement contrôlé par l’intermédiaire de moyens d’alimentation en pression d’au moins une masselotte entre une première position radiale et une seconde position radiale alors que l’anneau est en rotation. Ainsi, il est possible d’ajuster la position radiale de la masselotte en fonctionnement, ce qui rend possible la modification, en fonctionnement, de l’équilibrage de l’anneau.
Ainsi, lorsque l’on souhaite la masselotte de la première position radiale vers la seconde position radiale, il suffit que les moyens d’alimentation en pression commandent une alimentation en air sous pression au niveau de la première extrémité, la seconde extrémité pouvant être mis à la pression ambiante et à tout le moins à une pression inférieure à celle des moyens d’alimentation en pression de la première extrémité afin d’autoriser un déplacement de la masselotte vers la seconde position radiale. Etant placée dans la seconde position radiale, la masselotte réalise un équilibrage dynamique différent de celui réalisé avec la masselotte dans la première position.
L’anneau ainsi proposé avec le dispositif peut être un anneau solidarisé à un rotor, par exemple d’une turbomachine, que l’on souhaite équilibrer ou bien peut être une partie intégrante d’un tel rotor.
La première extrémité de chaque conduit peut déboucher radialement vers l’extérieur dans une première rainure circonférentielle de l’anneau.
La seconde extrémité de chaque conduit peut déboucher radialement vers l’extérieur dans une seconde rainure circonférentielle de l’anneau.
Ledit au moins un conduit peut comprendre N conduits espacés angulairement les uns des autres, chaque Kièmeconduit avec K compris entre 1 et N, étant associé à une première rainure circonférentielle R1Ket une seconde rainure circonférentielle R2K.
Le dispositif peut être tel que: :
- chaque première rainure circonférentielle R1Kest décalée circonférentiellement dans un premier sens circonférentiel par rapport à la première rainure circonférentielle R1(K-1)et décalée circonférentiellement dans un second sens circonférentiel opposé au premier sens circonférentiel par rapport à la première rainure circonférentielle R1(K+1), et :
- chaque seconde rainure circonférentielle R2Kest décalée circonférentiellement dans un premier sens circonférentiel par rapport à la seconde rainure circonférentielle R2(K-1)et décalée circonférentiellement dans un second sens circonférentiel opposé au premier sens circonférentiel par rapport à la seconde rainure circonférentielle R2(K+1).
Les premières rainures et secondes rainures peuvent présenter toutes une même étendue angulaire. Chaque première et seconde rainures associées à un conduit peuvent être positionnées angulairement de manière identique.
Les moyens d’alimentation en air sous pression peuvent être statoriques et peuvent comprendre au moins un premier tube d’alimentation en air sous pression de la première extrémité du conduit et un second tube d’alimentation en air sous pression de la seconde extrémité du conduit.
Chaque premier tube et second tube peut déboucher sur une face radialement interne d’une plaque circonférentielle, cette face étant complémentaire d’une face radialement externe de l’anneau et coopérant à étanchéité avec celle-ci.
La plaque circonférentielle peut présenter une étendue angulaire au moins égale à l’étendue angulaire de la première rainure circonférentielle et de la seconde rainure circonférentielle. Ce dimensionnement particulier de la plaque permet ainsi, du fait également du décalage angulaire des rainures, d’alimenter en air sous pression la première rainure et la seconde rainure associée à un même conduit tandis que les autres rainures ne sont pas recouvertes par la plaque.
Ledit au moins un conduit peut s’étendre dans un plan sensiblement radial.
Ledit au moins un conduit peut présenter une première section d’un premier diamètre s’étendant entre la première position radiale et la seconde position radiale, la première section étant reliée fluidiquement à ses extrémités aux moyens d’alimentation en air sous pression par une seconde section ayant un diamètre inférieur au premier diamètre.
Les secondes sections peuvent présenter un second diamètre, c’est-à-dire avoir un même diamètre correspondant à un second diamètre inférieur au premier diamètre.
Le présent document concerne également une turbomachine, telle qu’un turboréacteur d’avion, comprenant au moins un dispositif tel que décrit précédemment.
Brève description des figures
est une vue schématique en perspective d’un anneau selon le présent document et comprenant au moins un conduit formé dans l’épaisseur de l’anneau, un seul conduit étant illustré;
comprend une partie A nommée figure 2A et une partie B nommée figure 2B illustrant toutes les deux le conduit de la figure 1 ainsi qu’une masselotte mobile à l’intérieur de ce conduit;
est une illustration schématique du dispositif selon le présent document, quatre conduits étant illustrés;
comprend une partie A nommée figure 4A et une partie B nommée figure 4B illustrant une partie statorique du dispositif;
est une illustration schématique de l’anneau rotatif à équilibrer;
est une illustration schématique à plus grande échelle d’une partie de l’anneau de la figure 5
illustre un dispositif selon le présent document.
Description détaillée de l’invention
Nous allons maintenant décrire le dispositif 10 selon la présente divulgation qui comprend donc un anneau 12 rotatif prévu pour tourner autour d’un axe A longitudinal illustré sur les figures 1, 2, 3 et 5 et une partie statorique 14 illustrée sur les figures 3 et 4 et un boitier de contrôle schématisé sur la figure 7.
Selon le présent document, pour réaliser l’équilibrage en rotation de l’anneau 12 qui peut présenter une forme tout autre que celle uniquement illustrative de la figure 1, on forme un conduit CKdans l’épaisseur de l’anneau 12. On peut également imaginer que l’anneau 12 est solidaire en rotation d’un rotor qu’il convient d’équilibrer dans sa globalité. Ainsi, l’anneau 12 comprend un conduit CKqui présente dans le cas particulier représenté en figure 1 une première section 16 ayant un premier diamètre, cette première section 16 étant reliée à deux secondes sections 18 débouchant l’une et l’autre radialement vers l’extérieur sur la surface radialement externe de l’anneau 12. On observe ici que les deux secondes sections 18 présentent un même diamètre mais pourraient présenter des diamètres différents. Par ailleurs, le premier diamètre est supérieur au second diamètre. La première section 16 présente une section constante et il en est de même de la seconde section 18. Chaque seconde section 18 pourrait avoir une seconde section variable, c’est-à-dire non constante.
Comme on peut mieux le voir sur la figure 2B, la première section 16 comprend une portion coudée 20 reliée à ses extrémités à deux portions sensiblement rectiligne 22. Chaque seconde section 18 présente une forme sensiblement rectiligne. On observe que le conduit CKest formé dans un plan radial.
Une masselotte MKest agencée dans le conduit CKet est dimensionnée de manière à pouvoir se déplacer entre une première position radiale P1Ket une seconde position radiale P2K, la première position radiale P1Kpeut correspondre à la première extrémité de la première section 16, c’est-à-dire à la jonction avec une seconde section 18 du conduit CKet la seconde position radiale peut P2Kpeut correspondre à la seconde extrémité de la première section 16, c’est-à-dire à la jonction avec l’autre seconde section 18 du conduit CK. On observe que la première position radiale P1Kest plus éloignée de l’axe longitudinal A que la seconde position radiale P2K.
Chaque conduit CKest relié à une première rainure R1Kcirconférentielle au niveau de sa première extrémité et à une seconde rainure circonférentielle R2Kau niveau de sa seconde extrémité. Selon la présente divulgation, on observe que l’on peut intégrer une pluralité de conduits CKet dans le cas illustré sur les figures 3, 4, 5 et 6, quatre conduits ont été intégrés. Chaque conduit CKest associé à une première rainure circonférentielle R1Ket à une seconde rainure circonférentielle R2K.
Ainsi: :
- le premier conduit C1est associé à une première rainure circonférentielle R11et à une seconde rainure circonférentielle R21, :
- le second conduit C2est associé à une première rainure circonférentielle R12et à une seconde rainure circonférentielle R22, :
- le troisième conduit C3est associé à une première rainure circonférentielle R13et à une seconde rainure circonférentielle R23, :
- le quatrième conduit C4est associé à une première rainure circonférentielle R14et à une seconde rainure circonférentielle R24.
Les conduits C1, C2, C3et C4sont décalés circonférentiellement les uns des autres de manière à ce que la modification de la position d’une masselotte MKentre la première position radiale P1Ket la seconde position radiale P2Kprésente dans chaque conduit CK, induise une modification d’équilibrage de l’anneau 12. Chaque conduit CKest agencé dans un plan radial comprenant l’axe longitudinal A. Par ailleurs, chaque première rainure R1Ket chaque seconde rainure R2Kassociées à un même conduit CKprésentent la même étendue angulaire et sont positionnées angulairement à la même position, c’est-à-dire qu’elles s’étendent depuis des premières extrémités angulaires positionnées angulairement identiquement.
Egalement, on observe que les premières rainures circonférentielles R1Ksont décalées angulairement les unes par rapport aux autres et il en est de même des secondes rainures circonférentielles R2K.
Il serait possible de généraliser ce décalage circonférentiel des rainures R1K, R2Kà un cas général comprenant N conduits CKespacés angulairement les uns des autres, chaque Kièmeconduit avec K compris entre 1 et N, étant associé à une première rainure circonférentielle R1Ket une seconde rainure circonférentielle R2K.
Dans ce cas, le dispositif pourrait être tel que: :
- chaque première rainure circonférentielle R1Kest décalée circonférentiellement dans un premier sens circonférentiel S1 par rapport à la première rainure circonférentielle R1(K-1)et décalée circonférentiellement dans un second sens S2 circonférentiel opposé au premier sens circonférentiel S1 par rapport à la première rainure circonférentielle R1(K+1), et :
- chaque seconde rainure circonférentielle R2Kest décalée circonférentiellement dans un premier sens circonférentiel S1 par rapport à la seconde rainure circonférentielle R2(K-1)et décalée circonférentiellement dans un second sens circonférentiel S2 opposé au premier sens circonférentiel S1 par rapport à la seconde rainure circonférentielle R2(K+1).
Afin de réaliser une alimentation en air de de la première extrémité ou de la seconde extrémité de chaque conduit CKen air sous pression, il est prévu des moyens d’alimentation en air sous pression. A cette fin, ces moyens d’alimentation en air comprennent au moins une plaque d’étanchéité mais peuvent, comme cela est représenté, aux figures 3 et 4 en comprendre deux distinctes 24, 26, c’est-à-dire une première plaque 24 et une seconde plaque 26. La première plaque 24 et la seconde plaque 26 d’étanchéité sont complémentaires de la face radialement externe 28 de l’anneau 12 et coopèrent à étanchéité avec celle-ci. Bien que non représenté, la face extérieure 28 de l’anneau 12 pourrait avoir une surface à rayon variable le long de l’axe longitudinal et les plaques 24, 26 sont ainsi conformées de manière à présenter une surface complémentaire de cette face 28 externe de l’anneau 12.
La première plaque 24 porte des premiers tubes T1Ket la seconde plaque 26 porte des seconds tubes T2K, ces tubes pouvant être portés par une même plaque. Les premiers tubes T1Ket les seconds tubes T2Ks’étendent radialement et sont alignés longitudinalement dans un même plan radial. La première rainure R11associée au premier conduit C1est prévue pour être alimentée par un premier tube T11, la seconde rainure R21associée au premier conduit C1est prévue pour être alimentée par un second tube T21. La première rainure R12associée au second conduit C2est prévue pour être alimentée par un premier tube T12, la seconde rainure R22associée au second conduit C2est prévue pour être alimentée par un second tube T22. La première rainure R13associée au troisième conduit C3est prévue pour être alimentée par un premier tube T13, la seconde rainure R23associée au troisième conduit C3est prévue pour être alimentée par un second tube T23. La première rainure R12associée au quatrième conduit C4est prévue pour être alimentée par un premier tube T14, la seconde rainure R22associée au quatrième conduit C4est prévue pour être alimentée par un second tube T24.
En fonctionnement, il est ainsi possible de décaler chaque masselotte MKindépendamment des autres masselottes M depuis de la première position radiale P1Kà la seconde radiale P2Ket inversement, de manière à réaliser un équilibrage de l’anneau 12 en rotation. Il suffit pour cela de réaliser des impulsions d’air dans un premier tube T1Kou un second T2Klorsque les plaques recouvrent les rainures R1K, R2K.
La figure 7 illustre un dispositif 10 selon l’invention comprenant un boitier de contrôle 30 comportant des électrovannes 32 et un calculateur 34, les électrovannes 32 étant reliées en entrée aux moyens 36 d’alimentation en air sous pression et en sortie aux tubes T1Ket T2K. Une alimentation électrique 38 est prévue et alimente en énergie les électrovannes 32 et le calculateur 34. Par ailleurs, le dispositif comprend un capteur 40 de la position angulaire du rotor, un capteur 42 de la vitesse de rotation du rotor et des moyens 44 de stockage d’une consigne de valeur et de position angulaire du balourd de l’anneau à corriger. Les capteurs 40, 42 et les moyens 44 peuvent faire partie d’une unité de contrôle moteur.

Claims (13)

  1. Dispositif d’équilibrage (10) d’un anneau (12) rotatif d’axe longitudinal (A), l’anneau (12) comprenant au moins un conduit (CK) comportant une première extrémité et une seconde extrémité débouchant radialement vers l’extérieur, une masselotte (M) étant agencée à l’intérieur du conduit (CK) et apte à être déplacée dans le conduit (CK) entre une première position radiale (P1K) et une seconde position radiale (P2K), la première position radiale (P1K) étant plus éloignée de l’axe longitudinal (A) que la seconde position radiale (P2K), le dispositif (10) comprenant des moyens d’alimentation en air sous pression contrôlée des première et seconde extrémités dudit au moins un conduit (CK).
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première extrémité de chaque conduit (CK) débouche radialement vers l’extérieur dans une première rainure (R1K) circonférentielle de l’anneau (12).
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la seconde extrémité de chaque conduit débouche radialement vers l’extérieur dans une seconde rainure circonférentielle (R2K) de l’anneau (12).
  4. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un conduit CKcomprend N conduits espacés angulairement les uns des autres, chaque Kièmeconduit avec K compris entre 1 et N, étant associé à une première rainure circonférentielle R1Ket une seconde rainure circonférentielle R2K.
  5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel:
    - chaque première rainure circonférentielle R1Kest décalée circonférentiellement dans un premier sens circonférentiel (S1) par rapport à la première rainure circonférentielle R1(K-1)et décalée circonférentiellement dans un second sens circonférentiel (S2) opposé au premier sens circonférentiel (S1) par rapport à la première rainure circonférentielle R1(K+1), et :
    - chaque seconde rainure circonférentielle R2Kest décalée circonférentiellement dans un premier sens circonférentiel (S1) par rapport à la seconde rainure circonférentielle R2(K-1)et décalée circonférentiellement dans un second sens circonférentiel (S2) opposé au premier sens circonférentiel (S1) par rapport à la seconde rainure circonférentielle R2(K+1).
  6. Dispositif selon les revendications 2 et 3 et éventuellement l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel les premières rainures R1Ket seconde rainures R2Kprésentent toutes une même étendue angulaire, chaque première et seconde rainures associées à un conduit étant positionnées angulairement de manière identique.
  7. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens d’alimentation en air sous pression sont statoriques et comprennent au moins un premier tube T1Kd’alimentation en air sous pression de la première extrémité du conduit CKet un second tube T2Kd’alimentation en air sous pression de la seconde extrémité du conduit CK.
  8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel chaque premier tube T1Ket second tube T2Kdébouchent sur une face radialement interne d’une plaque circonférentielle 24, 26, cette face étant complémentaire d’une face radialement (28) externe de l’anneau (12) et coopérant à étanchéité avec celle-ci.
  9. Dispositif selon la revendication 6 et la revendication 8, dans lequel la plaque circonférentielle (24, 26) présente une étendue angulaire au moins égale à l’étendue angulaire de la première rainure circonférentielle R1Ket de la seconde rainure circonférentielle R2K.
  10. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un conduit CKs’étend dans un plan sensiblement radial.
  11. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel ledit au moins un conduit CKprésente une première section (16) d’un premier diamètre s’étendant entre la première position radiale (P1K) et la seconde position radiale (P2K), la première section (16) étant reliée fluidiquement à ses extrémités aux moyens d’alimentation en air sous pression par une seconde section (18) ayant un diamètre inférieur au premier diamètre.
  12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel les secondes sections présentent un second diamètre.
  13. Turbomachine, telle qu’un turboréacteur d’avion, comprenant au moins un dispositif selon l’une des revendications précédentes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014111641A1 (fr) * 2013-01-18 2014-07-24 Snecma Vis, dispositif et procédé d'équilibrage pour pièce tournante de turbomachine

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