WO2020239804A1 - Ensemble pour turbomachine avec amortisseur - Google Patents

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WO2020239804A1
WO2020239804A1 PCT/EP2020/064646 EP2020064646W WO2020239804A1 WO 2020239804 A1 WO2020239804 A1 WO 2020239804A1 EP 2020064646 W EP2020064646 W EP 2020064646W WO 2020239804 A1 WO2020239804 A1 WO 2020239804A1
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rotor
bearing
support part
longitudinal axis
assembly according
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PCT/EP2020/064646
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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
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Priority to US17/614,812 priority patent/US11808170B2/en
Priority to CN202080047951.8A priority patent/CN114026311B/zh
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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/26—Antivibration means not restricted to blade form or construction or to blade-to-blade connections or to the use of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/668—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps damping or preventing mechanical vibrations
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the present invention relates to an assembly for a turbomachine.
  • the invention more specifically relates to an assembly for a turbomachine comprising a damper.
  • a turbomachine known from the state of the art comprises a casing and a fan capable of being rotated relative to the casing, about a longitudinal axis, by means of a fan shaft.
  • the fan comprises a disc centered on the longitudinal axis, and a plurality of vanes distributed circumferentially at the outer part of the disc.
  • the range of operation of the blower is limited. More precisely, the evolution of a fan compression ratio as a function of the air flow rate that it draws in when it is rotated is restricted to a predetermined range.
  • the fan is in fact subjected to aeroelastic phenomena which destabilize it. Specifically, the air flowing through the running blower supplies energy to the blades, and the blades respond in their own modes at levels that may exceed the endurance limit of the material they are made of. This fluid-structure coupling therefore generates vibrational instabilities which accelerate the wear of the fan and reduce its life.
  • shock absorbers have been described in documents FR 2 949 142, EP 1 985 810 and FR 2 923 557, in the name of the Applicant. These dampers are all configured to be housed between the platform and the root of each blade, within the housing delimited by the respective stilts of two successive blades. Moreover, such dampers operate during a relative movement between two successive blade platforms, by dissipation of the vibrational energy, for example by friction. Therefore, these shock absorbers are only attached to damping a first vibratory mode of the blades which characterizes a synchronous response of the blades to aerodynamic stresses. In this first vibratory mode, the inter-vane phase shift is non-zero.
  • this second vibratory mode is coupled between the vanes, the disc, and the fan shaft.
  • the amplitude of this second vibratory mode is all the more important as the blades are large.
  • An object of the invention is to damp a mode of vibration of a rotor in which the phase shift between the blades of said rotor is zero.
  • Another object of the invention is to influence the damping of vibration modes of a rotor in which the phase shift between the blades of said rotor is non-zero.
  • Another aim of the invention is to provide a simple and easy to implement damping solution.
  • an assembly for a turbomachine comprising:
  • o including:
  • a damper configured to damp a movement of the first rotor relative to the second rotor, in a plane orthogonal to the longitudinal axis, the movement being caused by a beating of at least one blade among the plurality of blades, the damper including: o a first support part:
  • the first support part exerts a first centrifugal force on the first rotor
  • the second support part exerts a second centrifugal force on the second rotor.
  • the first support part is integral in vibration with the first rotor
  • the second support part is integral in vibration with the second rotor.
  • the connecting part the damper therefore provides a vibratory coupling between the first rotor and the second rotor.
  • the connecting part being thinned with respect to the first support part and to the second support part, it has a tangential flexibility greater than the first support part and the second support part, respectively.
  • the assembly according to the invention can further comprise one of the following characteristics, taken alone or in combination with one or more of the other of the following characteristics:
  • the first support part has a radially outer surface coming into contact with a radially inner surface of the first rotor
  • the second bearing part has a radially outer surface coming into contact with a radially inner surface of the second rotor, - the first support part is mounted fixed on the first rotor,
  • the second support part is fixedly mounted on the second rotor
  • the damper further comprising a third bearing part coming in bearing on the first rotor in a third bearing zone, different from the first bearing zone, the third bearing zone extending over a third angular sector around the longitudinal axis, the third angular sector being less than first angular sector,
  • the first bearing portion has a first bearing surface arranged to apply a first force on the second rotor, the first force having a first longitudinal component in a first direction parallel to the longitudinal axis, and a first radial component in a second direction orthogonal to the longitudinal axis, the first longitudinal component being greater than the first radial component
  • the second bearing part has a second bearing surface arranged to apply a second force to the second rotor, the second force having a second
  • a slot is provided in the first support part, the assembly further comprising a metal insert inserted into the slot, the second sacrificial plate being fixedly mounted on the metal insert,
  • each of the blades among the plurality of blades comprises:
  • the second rotor comprises a ferrule, the ferrule comprising an extension
  • the second bearing part resting on the circumferential extension.
  • a turbomachine comprising an assembly as described above, and in which the first rotor is a fan, and the second rotor is a low pressure compressor.
  • Figure 1 schematically illustrates a turbomachine
  • FIG. 2 comprises a sectional view of part of a turbomachine, and a curve indicating a tangential displacement of various elements of this part of the turbomachine as a function of the position of said elements along a longitudinal axis of the turbomachine
  • Figure 3 is a sectional view of part of an exemplary embodiment of an assembly according to the invention
  • Figure 4 is a perspective view of part of an exemplary embodiment of an assembly according to the invention.
  • Figure 5 is a perspective view of part of an exemplary embodiment of an assembly according to the invention.
  • Figure 6 is a perspective view of a shock absorber of an exemplary embodiment of an assembly according to the invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a damper of an exemplary embodiment of an assembly according to the invention.
  • Figure 8 is a perspective view of a shock absorber of an exemplary embodiment of an assembly according to the invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of part of an exemplary embodiment of an assembly according to the invention
  • FIG. 10 is a perspective view of part of an exemplary embodiment of an assembly according to the invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of a damper of an exemplary embodiment of an assembly according to the invention.
  • a turbomachine 1 comprises a housing 10, a fan 12, a low pressure compressor 140, a high pressure compressor 142, a combustion chamber 16, a high pressure turbine 180 and a low pressure turbine 182.
  • Each of the blower 12, the low pressure compressor 140, the high pressure compressor 142, the high pressure turbine 180, and the low pressure turbine 182, is rotatable relative to the housing 10 about a longitudinal axis X-X.
  • the fan 12 and the low pressure compressor 140 are integral in rotation, and are capable of being rotated by a low pressure shaft 13 which is itself capable of being rotated by the low pressure turbine 182.
  • the high pressure compressor 142 is itself capable of being rotated by a high pressure shaft 15, which is itself susceptible to rotation. even being rotated by the high pressure turbine 180.
  • the blower 12 draws in an air flow 110 which separates between a secondary flow 112, circulating around the casing 10, and a primary flow 111, successively compressed within the low pressure compressor 140 and the high pressure compressor 142, ignited within the combustion chamber 16, then successively expanded within the high pressure turbine 180 and the low pressure turbine 182.
  • Upstream and downstream are here defined relative to the direction of normal flow of air 110, 111, 112 through the turbomachine 1.
  • an axial direction corresponds to the direction of the longitudinal axis XX
  • a radial direction is a direction which is perpendicular to this longitudinal axis XX and which passes through said longitudinal axis XX
  • a circumferential, or tangential direction corresponds to the direction of a flat and closed curved line, all the points of which are at equal distance from the longitudinal axis XX.
  • the terms “internal (or internal)” and “external (or external)”, respectively, are used with reference to a radial direction such that the internal part or face (ie radially internal) of an element is closer to the longitudinal axis XX than the part or the external face (ie radially external) of the same element.
  • the fan 12 comprises a disc 120 and a plurality of vanes 122 distributed circumferentially at an outer part of the disc 120.
  • each of the blades 122 of the plurality of blades 122 includes:
  • the paddle wheel 1220 may be integral with the disc 120 when the blower 12 is a one-piece bladed disc. Alternatively, as shown in Figure 3, the paddle wheel 1220 can be configured to be housed in a recess 1200 of the disc 120 provided for this purpose.
  • the low pressure compressor 140 also comprises a plurality of vanes 1400 fixedly mounted at an outer part of a ferrule 1402, said ferrule 1402 comprising a circumferential extension 1404 at the outer end. from which radial sealing lips 1406 extend.
  • the radial sealing wipers 1406 come opposite the platforms 1226 of the vanes 122 of the fan 12, so as to guarantee the internal sealing of the flow stream within which the primary flow 111 circulates.
  • the shell 1402 of the low pressure compressor 140 is fixed to the disc 120 of the fan 12, for example by bolting.
  • Each of the vanes 122 of the plurality of fan blades 122 12 is capable of beating, vibrating relative to the disc 120 during a rotation of the fan 12 relative to the housing 10. More precisely, during the coupling between the. air 110 circulating within the fan 12 and the profiled blades 1222, the blades 122 are the site of aeroelastic floating phenomena on different vibratory modes, and whose amplitude can be such that it exceeds the endurance limits of the materials constituting the fan 12. These vibratory modes are also coupled to the opposing forces of compression upstream of the turbomachine 1, and of expansion downstream of the latter.
  • a first vibratory mode characterizes a synchronous response of the blades 122 to aerodynamic stresses, in which the inter-blade phase shift is non-zero.
  • a second vibratory mode characterizes an asynchronous response of the blades 122 to aerodynamic stresses, in which the inter-blade phase shift is zero.
  • the amplitude of the beats of the second vibratory mode is moreover as great as the blades 122 of the fan 12 are large.
  • this second vibratory mode is coupled between the blades 122, the disc 120, and the fan shaft 13.
  • the frequency of the second vibratory mode is, moreover, one and a half times higher than that of the first vibratory mode.
  • the second vibratory mode has a nodal deformation at mid-height of the blades 122 of fan 12.
  • the The length of the vanes 122 of the fan 12 is greater than the length of the vanes 1400 of the low pressure compressor 140. Therefore, the tangential bending moment caused by the flapping of a vane 122 of the fan 12 is greater than the tangential bending moment driven by beats of a blade 1400 of the low pressure compressor 140.
  • the blades of the blades 122 of the fan 12 and of the blades 1400 of the low pressure compressor then have very different behaviors.
  • the mounting stiffness within the fan 12 is different from the mounting stiffness within the low pressure compressor 140.
  • the amplitude of this displacement for the second vibratory mode is for example between 0.01 and 0.09 millimeter, typically of the order of 0.06 millimeter, or, in another example, is of the order of a few tenths of a millimeter, for example 0.1 or 0.2 or 0.3 millimeter.
  • a damper 2 is used to damp these vibrations from the fan 12 and / or the low pressure compressor 140.
  • the damper 2 is in particular configured to damp a movement of the fan 12 relative to the low pressure compressor 140, in a plane orthogonal to the longitudinal axis XX, the movement being caused by a fluttering of at least one blade 122 among the plurality of blades 122 of the fan 12. In fact, it is by damping such a displacement that it is possible to influence the second vibratory mode. In fact, unlike the first vibratory mode, the second vibratory mode is characterized by a zero inter-vane phase shift. Consequently, placing a damper between two successive blades 122 of the fan, as has already been proposed in the prior art, has no effect on the second vibratory mode.
  • the damper 2 influences here the second vibratory mode because it plays on an effect of the second vibratory mode: the displacement of the fan 12 relative to the low pressure compressor 140, in the plane orthogonal to the longitudinal axis X-X, as visible in Figure 2.
  • the damper 2 disturbs the cause, that is to say dampens the second vibratory mode.
  • the first vibratory mode also participates in the movement of the fan 12 relative to the low pressure compressor 140, in the plane orthogonal to the longitudinal axis X-X. Consequently, by opposing this effect, the damper 2 also participates in disturbing another cause, that is to say damping the first vibratory mode.
  • the shock absorber 2 comprises:
  • the first bearing part 21 has a first radial thickness E1 in a section plane which comprises the longitudinal axis XX
  • the second part of support 22 has a second radial thickness E2 in the section plane
  • the connecting part 20 has a radial connection thickness E0 in the section plane.
  • FIG. 3 provides an example of a view in such a section plane.
  • the radial link thickness E0 is smaller than the first radial thickness E1 and than the second radial thickness E2.
  • the connecting part 20 is therefore thinned in relation to the first support part 21 and to the second support part 22.
  • the first support part 21 and the second support part 22 are massive. Therefore, in operation, each of the first support portion 21 and the second bearing portion 22 exerts a respective centrifugal force C1, C2 on the fan 12 and the low pressure compressor 140, on which said bearing portions 21, 22 bear.
  • the first bearing part 21 has a radially external surface coming into contact with a radially internal surface of the fan 12, typically a radially internal surface of the platform 1226.
  • the second bearing portion 22 has a radially outer surface, coming into contact with a radially inner surface of the low pressure compressor 140, typically a radially inner surface of the circumferential extension 1404, for example a radially inner surface of the wipers of sealing 1406.
  • the bearing parts 21, 22 are each dynamically coupled respectively to a fan 12 and to the low pressure compressor 140 on which each rests, so as to undergo the same vibrations as each of the fan 12 and the low pressure compressor 140.
  • the bearing parts 21, 22 are stiffer than the part of the iaison 20, in particular in a tangential direction.
  • the second radial thickness E2 is greater than the first radial thickness E1, so as to better guarantee the support of the second part 22.
  • the thinner connecting part 20 is more flexible, in particular in a tangential direction. It therefore allows the blower 12 to transmit the vibrations to which it is subject to the low pressure compressor 140 and, conversely, it allows the low pressure compressor 140 to transmit the vibrations to which it is subject to the blower 12. Indeed, for frequencies high vibration, damping is provided in particular by the shear work of the connecting part 20, that is to say by viscoelastic dissipation For low vibration frequencies, damping is notably ensured by friction of one or more the other of the first bearing part 21 or of the second bearing part 22 respectively against the fan 12 or against the low pressure compressor 140.
  • the first bearing part 21 bears on the platform 1226 of a blade 122 of the fan 12, at the level of an internal surface of the platform 1226. More precisely, the first bearing part 21 bears on the platform 1226 of a blade 122, without bearing on the platform 1226 of another blade 122 of the fan 12.
  • the second part of support 22 comes to rest on the circumferential extension 1404 of the shell 1402 of the low pressure compressor 140, at the level of an internal surface of the radial sealing wipers 1406.
  • the damper 2 is there particularly effective.
  • the thinning of the connecting portion 20 provides clearance which allows the damper 2 to avoid rubbing against a corner of the radial sealing lips 1406.
  • All or part of the blades 122 of the fan 12 can moreover be equipped with such a damper 2, depending on the desired damping, but also the mounting and / or maintenance characteristics.
  • the first support part 21 is fixedly mounted on the fan 12, for example by gluing. This facilitates the integration of the damper 2 within the turbomachine 1, and guarantees the support of the first bearing portion 21 on the fan 12.
  • the second part support 22 is fixedly mounted on the low pressure compressor 140, for example by gluing. The first support part 21 can then be mounted free to rub on the blower 12.
  • the damper 2 comprises a material from the range having the trade name “SMACTANE® ST” and / or “SMACTANE® SP”, for example a material of the type “SMACTANE® ST 70” and / or “SMACTANE® SP 50”. It has in fact been observed that such materials exhibit suitable damping properties.
  • the first bearing portion 21 bears on the fan 12 in a first bearing zone extending over a first angular sector A1 around the longitudinal axis XX
  • the second bearing portion 22 bears on the low pressure compressor 140 in a second bearing zone extending over a second angular sector A2 around the longitudinal axis XX.
  • the first angular sector A1 corresponds to the angular sector occupied by the platform 1226 of a blade 122 of the fan 12.
  • the first bearing part 21 extends over the entire length. the circumferential dimension of the platform 1226 of the vane 122, at the level of an internal surface of said platform 1226.
  • the damper 2 comprises a third bearing part 23 coming to bear on the fan 12 in a third bearing zone , different from the first support zone.
  • the third bearing zone extends over a third angular sector A3 around the longitudinal axis XX, the third angular sector A3 being smaller than the first angular sector A1.
  • the third bearing portion 23 improves the stability of the damper 2.
  • the third bearing portion 23 advantageously bears on a downstream surface of the stilt 1224 of the blade 122, as visible in FIG. 5.
  • a sacrificial plate 220 bears on the low pressure compressor 140.
  • the sacrificial plate 220 is mounted fixed on the second bearing part 22, for example by gluing, and / or by being housed within a groove 2200 of the second bearing part 22 provided for this purpose, as visible in FIG. 6.
  • the sacrificial plate 220 is configured to guarantee the bearing of the second bearing part 22 on the low-pressure compressor 140.
  • the mechanical stresses in operation are such that slight tangential, axial and radial movements of the damper 2 are to be expected. These movements are due in particular to the vibrations to be damped, but also to the centrifugal loading of the damper 2. It is necessary that these movements do not wear out the low pressure compressor 140.
  • the sacrificial plate 220 comprises an anti- wear, for example of the Teflon type and / or any type of composite material.
  • the sacrificial wafer 220 is also treated by dry lubrication, in order to perpetuate the value of the coefficient of friction between the damper 2 and the low pressure compressor 140. This material with lubricating properties is for example of the type MoS2.
  • the sacrificial wafer 220 can also include an additional coating, configured to reduce the friction and / or wear of the low pressure compressor 140.
  • This additional coating is fixedly mounted on the sacrificial wafer 220, for example by gluing.
  • the additional coating is of the dissipative and / or viscoelastic and / or damping type. It can in fact comprise a material from the range having the trade name “SMACTANE® ST” and / or “SMACTANE® SP”, for example a material of the “SMACTANE® ST 70” and / or “SMACTANE® SP 50” type. .
  • the additional coating material advantageously has a coefficient of friction of between 0.3 and 0.07.
  • the sacrificial plate 220 is optionally combined by juxtaposition with its additional coating.
  • the first bearing part 21 has a first bearing surface 2100 arranged to apply a first force F1 on the low pressure compressor 140, the first force F1 having a first longitudinal component F1 L in a first direction parallel to the longitudinal axis XX, and a first radial component F1 R in a second direction orthogonal to the longitudinal axis XX, the first longitudinal component F1 L being greater than the first radial component F1 R,
  • the second bearing part 22 has a second bearing surface 2220 arranged to apply a second force F2 on the low pressure compressor 140, the second force F2 having a second longitudinal component F2L in the first direction, and a second radial component F2R in the second direction, the second radial component F2R being greater than the second longitudinal component F2L.
  • the first bearing surface 2100 provides the axially positioned support of the damper 2 since it is a downstream axial surface of the damper 2 coming into contact with an upstream axial surface. of the low-pressure compressor 140.
  • the second bearing surface 2220 provides the radially positioned support of the damper 2 since it is a radially outer surface of the damper 2 coming into contact with a radially internal surface of the low pressure compressor 140.
  • the second bearing surface 2220 participates in the application of the second centrifugal force C2 on the low pressure compressor 140.
  • a first sacrificial plate 210 is fixedly mounted on the first support part 21, for example by gluing, and has the first support surface 2100, and
  • a second sacrificial plate 222 is fixedly mounted on the second support part 22, for example by gluing, and has the second support surface 2220.
  • the first sacrificial wafer 210 and the second sacrificial wafer 222 advantageously have the same characteristics as those described with reference to the sacrificial wafer 220 of the embodiment illustrated in FIG. 6, with the same benefits for the damping of a displacement of the fan. 12 relative to the low pressure compressor 140, in the plane orthogonal to the longitudinal axis XX.
  • a slot 213 is formed in the first bearing part 21, a metal insert 223 being inserted into the slot 213, the second sacrificial plate 222 being fixedly mounted on the insert metallic 223, for example by gluing.
  • the metal insert 223 makes it possible to stiffen the damper 2.
  • the metal insert 223 facilitates the deformation of the first sacrificial plate 221 and of the second sacrificial plate 222.
  • a weight 3 is fixedly mounted on the damper 2, for example by gluing.
  • the weight 3 makes it possible to adjust the centrifugal forces C1, C2 exerted by the damper 2 on the fan 12 and on the low pressure compressor 140, so as to improve the dynamic coupling between the first part support 21 and the fan 12, and between the second support portion 22 and the low pressure compressor 140.
  • the weight 3 comprises an elastomeric material. With reference to FIG. 9, the weight 3 can then be mounted fixed both on the first support part 21 and on the second support part 22, for example by gluing.
  • the weight 3 is mounted fixedly on the first bearing part 21, for example by gluing, preferably only on the first bearing part 21.
  • the weight is shifted upstream of the first bearing part 21, so as to leave the connecting part 20 free so that, in operation, it can work effectively in shear to damp a movement of the fan 12 by relative to the low pressure compressor 140, in a plane orthogonal to the longitudinal axis XX.
  • the weight 3 is fixedly mounted on the second bearing part 22, for example by gluing, preferably only on the second bearing part 22.
  • the weight 3 is offset downstream from the second bearing portion 22.
  • the weight 3 is mounted fixed only on the first bearing portion 21 if the second bearing portion 22 is mounted fixed on the low pressure compressor 140.
  • a first weight 31 is fixedly mounted on the first support part 21, for example by gluing, and
  • a second flyweight 32 is fixedly mounted on the second support part 22, for example by gluing.
  • the damper 2 is configured to damp a displacement of the fan 12 relative to the low pressure compressor 140, in the plane orthogonal to the longitudinal axis X-X.
  • the damper 2 is also configured to damp a displacement of any first rotor 12 relative to any second rotor 140, in a plane orthogonal to the longitudinal axis XX, as long as the first rotor 12 is movable in rotation relative to the housing 10 about the longitudinal axis XX and comprises a disc 120 as well as a plurality of blades 122 capable of beating while vibrating relative to the disc 120 during a rotation of the first rotor 12 relative to the casing 10, and that the second rotor 140 is also movable in rotation relative to the housing 10 about the longitudinal axis XX.
  • the first rotor 12 can be a first stage of the high pressure compressor 142 or of the low pressure compressor 140, and the second rotor 140 be a second stage of said compressor 140, 142, successive to the first stage of compressor 140, 142, upstream or downstream of the latter.
  • the first rotor 12 may be a first stage of a high pressure turbine 180 or of a low pressure turbine 182, and the second rotor 140 be a second stage of said turbine 180, 182, successive to the first turbine stage 180, 182, in upstream or downstream of the latter.
  • the shock absorber 2 has a small footprint. Therefore, it can easily be integrated into existing turbomachines.
  • the damper 2 provides significant tangential stiffness between the first rotor 12 and the second rotor 140. It thus stands out. of an excessively flexible damper which would only come to deform during a movement of the first rotor 12 relative to the second rotor 140, in the plane orthogonal to the longitudinal axis XX. On the contrary, shock absorber 2 dissipates such a displacement:
  • the shock absorber 2 remains flexible enough to maximize the contact surfaces between said shock absorber 2 and the rotors 12, 140 on which it bears. To do this, the shock absorber 2 has a tangential rigidity greater than an axial rigidity and a radial rigidity.
  • the contact forces between the damper 2 and the rotors 12, 140 can in particular be adjusted by means of weights 3 and / or sacrificial plates 220, 221, 222 and / or additional coatings on said sacrificial plates 220, 221, 222 At low frequencies, it is in fact necessary to ensure that the centrifugal forces C1, C2 exerted by the damper 2 on the rotors 12, 140 are not too great, in order to guarantee that the damper 2 can oscillate between a stuck state and a slippery state on the rotors 12, 140, and thus damping by friction.
  • the wear of the rotors 12, 140 is in particular limited by treating the surfaces of the damper 2 bearing on the rotors 12, 140, for example to provide them with a coating with a low coefficient of friction.

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne un ensemble pour turbomachine 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 : o une première partie d'appui (21) : * venant en appui sur le premier rotor (12), et * étant configurée pour appliquer un premier effort centrifuge (C1) sur le premier rotor (12), o une deuxième partie d'appui (22) : * venant en appui sur le deuxième rotor (140), et * étant configurée pour appliquer un deuxième effort centrifuge (C2) sur le deuxième rotor (140), et o 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), et o une masselotte (3) montée fixe sur l'amortisseur (2).

Description

ENSEMBLE POUR TURBOMACHINE AVEC AMORTISSEUR
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un ensemble pour turbomachine.
L’invention vise plus spécifiquement un ensemble pour turbomachine comprenant un amortisseur.
ETAT DE LA TECHNIQUE
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.
EXPOSE DE L'INVENTION
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 :
o mobile en rotation par rapport au carter autour d’un axe longitudinal, et
o 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 : o une première partie d’appui :
* venant en appui sur le premier rotor, et
* étant configurée pour appliquer un premier effort centrifuge sur le premier rotor, o une deuxième partie d’appui :
* venant en appui sur le deuxième rotor, et
* étant configurée pour appliquer un deuxième effort centrifuge sur le deuxième rotor, et o 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, et
- une masselotte montée fixe sur l’amortisseur.
En fonctionnement, la première partie d’appui exerce un premier effort centrifuge sur le premier rotor, et la deuxième partie d’appui exerce un deuxième effort centrifuge sur le deuxième rotor. Ainsi, la première partie d’appui est solidaire en vibration du premier rotor, et la deuxième partie d’appui est solidaire en vibration du deuxième rotor. Grâce à la partie de liaison, l’amortisseur assure donc un couplage vibratoire entre le premier rotor et le deuxième rotor. Plus précisément, la partie de liaison étant amincie par rapport à la première partie d’appui et à la deuxième partie d’appui, elle présente une souplesse tangentielle supérieure respectivement à la première partie d’appui et à la deuxième partie d’appui. De cette manière, il est possible d’amortir un déplacement du premier rotor par rapport au deuxième rotor, dans un plan orthogonal à l’axe longitudinal. En d’autres termes, dans un tel ensemble, le deuxième mode vibratoire est amorti efficacement, et le premier mode vibratoire est également susceptible d’être amorti. Pour des fréquences de déplacement élevées, l’amortissement est assuré par le travail en cisaillement de la partie de liaison. Pour des fréquences de déplacement faibles, l’amortissement est assuré par frottement de l’une ou l’autre de la première partie d’appui ou de la deuxième partie d’appui respectivement sur le premier rotor ou sur le deuxième rotor. Un tel ensemble présente enfin l’avantage d’une intégration facile au sein de turbomachines existantes, que ce soit lors de la fabrication ou lors de maintenance.
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 présente une surface radialement externe venant en contact avec une surface radialement interne du premier rotor,
- la deuxième partie d’appui présente une surface radialement externe venant en contact avec une surface radialement interne du deuxième rotor, - la première partie d’appui est montée fixe sur le premier rotor,
- la deuxième partie d’appui est montée fixe sur le deuxième rotor,
- 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 plaquette sacrificielle :
o montée fixe sur la deuxième partie d’appui, et
o venant en appui sur le deuxième rotor,
- dans un tel ensemble :
o la première partie d’appui présente 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, o la deuxième partie d’appui présente 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,
- il comprend en outre :
o une première plaquette sacrificielle montée fixe sur la première partie d’appui et présentant la première surface d’appui, et
o 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 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 :
o une première masselotte montée fixe sur la première partie d’appui, et
o une deuxième masselotte montée fixe sur la deuxième partie d’appui,
- chacune des aubes parmi la pluralité d’aubes comprend :
o un pied d’aube reliant l’aube au disque, o un aubage profilé,
o une échasse reliant l’aubage au pied d’aube, et
o 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.
DESCRIPTION DES FIGURES
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’une partie 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’un amortisseur 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.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
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 -même 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 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 effet, c’est en amortissant un tel déplacement 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 122 de la soufflante, comme cela a déjà été proposé dans l’art antérieur, ne produit aucun effet sur le deuxième mode vibratoire. L’amortisseur 2 influence ici le deuxième mode vibratoire car il joue sur un effet du deuxième mode vibratoire : le déplacement de la soufflante 12 par rapport au compresseur basse pression 140, dans le plan orthogonal à l’axe longitudinal X- X, comme visible sur la figure 2. En s’opposant à cet effet, l’amortisseur 2 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 de la soufflante 12 par rapport au compresseur basse pression 140, dans le plan orthogonal à l’axe longitudinal X- X. Par conséquent, en s’opposant à cet effet, l’amortisseur 2 participe également à en perturber une autre cause, c’est-à-dire amortir le premier mode vibratoire.
En référence aux figures 3 à 11 , l’amortisseur 2 comprend :
- une première partie d’appui 21 :
o venant en appui sur la soufflante 12, et
o étant configurée pour appliquer un premier effort centrifuge C1 sur la soufflante 12,
- une deuxième partie d’appui 22 :
o venant en appui sur le compresseur basse pression 140, et
o étant configurée pour appliquer un deuxième effort centrifuge C2 sur le compresseur basse pression 140, et
- une partie de liaison 20 :
o reliant la première partie d’appui 21 à la deuxième partie d’appui 22, et
o 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, 6, 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, 6, 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. Pour appliquer le premier effort centrifuge C1 , la première partie d’appui 21 présente une surface radialement externe venant en contact avec une surface radialement interne de la soufflante 12, typiquement une surface radialement interne de la plateforme 1226. Pour appliquer le deuxième effort centrifuge C2, la deuxième partie d’appui 22 présente une surface radialement externe, venant en contact avec une surface radialement interne du compresseur basse pression 140, typiquement une surface radialement interne de l’extension circonférentielle 1404, par exemple une surface radialement interne des léchettes d’étanchéité 1406. 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 3, 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, 4, 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. Plus précisément, la première partie d’appui 21 vient en appui sur la plateforme 1226 d’une aube 122, sans venir en appui sur la plateforme 1226 d’une autre aube 122 de la soufflante 12. 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 4 et 5, 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 5, 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 5. De même, la troisième partie d’appui 23 vient, dans ce cas, en appui sur l’échasse 1224 d’une aube 122, sans venir en appui sur l’échasse 1224 d’une autre aube 122 de la soufflante 12. En référence à la figure 6, 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 6. 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 7, dans un mode de réalisation :
- la première partie d’appui 21 présente 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 F1 L dans une première direction parallèle à l’axe longitudinal X-X, et une première composante radiale F1 R dans une deuxième direction orthogonale à l’axe longitudinal X-X, la première composante longitudinale F1 L étant supérieure à la première composante radiale F1 R,
- la deuxième partie d’appui 22 présente 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 puisqu’il s’agit d’une surface axial aval de l’amortisseur 2 venant en contact avec une surface axial amont du compresseur basse pression 140. Par ailleurs, la deuxième surface d’appui 2220 assure l’appui à positionnement radial de l’amortisseur 2 puisqu’il s’agit d’une surface radialement externe de l’amortisseur 2 venant en contact avec une surface radialement interne du compresseur basse pression 140. En outre, 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 à la figure 8, dans une variante avantageuse du mode de réalisation illustré en figure 7 :
- 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 6, 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 221 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 uniquement sur 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, 221 , 222 et/ou de revêtements supplémentaires sur lesdites plaquettes sacrificielles 220, 221 , 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

REVENDICATIONS
1. Ensemble pour turbomachine (1) comprenant :
- un carter (10),
- un premier rotor (12) :
o mobile en rotation par rapport au carter (10) autour d’un axe longitudinal (X-X), et o 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 :
o une première partie d’appui (21) :
* venant en appui sur le premier rotor (12), et
* étant configurée pour appliquer un premier effort centrifuge (C1) sur le premier rotor (12), o une deuxième partie d’appui (22) :
* venant en appui sur le deuxième rotor (140), et
* étant configurée pour appliquer un deuxième effort centrifuge (C2) sur le deuxième rotor (140), et
o 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), et
- une masselotte (3) montée fixe sur l’amortisseur (2).
2. Ensemble selon la revendication 1 , dans lequel la première partie d’appui (21) présente une surface radialement externe venant en contact avec une surface radialement interne du premier rotor (12).
3. Ensemble selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la deuxième partie d’appui (22) présente une surface radialement externe venant en contact avec une surface radialement interne du deuxième rotor (140).
4. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la première partie d’appui (21) est montée fixe sur le premier rotor (12).
5. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la deuxième partie d’appui (22) est montée fixe sur le deuxième rotor (140).
6. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 5, 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).
7. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 6, l’ensemble comprenant en outre une plaquette sacrificielle (220) :
- montée fixe sur la deuxième partie d’appui (12), et
- venant en appui sur le deuxième rotor (140).
8. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel :
- la première partie d’appui (21) présente 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 (F1 L) dans une première direction parallèle à l’axe longitudinal (X-X), et une première composante radiale (F1 R) dans une deuxième direction orthogonale à l’axe longitudinal (X-X), la première composante longitudinale (F1 L) étant supérieure à la première composante radiale (F1 R),
- la deuxième partie d’appui (22) présente 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).
9. Ensemble selon la revendication 8, 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).
10. Ensemble selon la revendication 9, 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).
11. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la masselotte (3) est montée fixe sur la première partie d’appui (21).
12. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 11 , dans lequel la masselotte (3) est montée fixe sur la deuxième partie d’appui (22).
13. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 12, 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).
14. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 13, 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 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), la première partie d’appui (21) venant en appui sur la plateforme (1226) d’une aube (122) parmi la pluralité d’aubes (122).
15. Ensemble selon la revendication 14, dans lequel la première partie d’appui (21) vient en appui sur la plateforme (1226) de l’aube (122), sans venir en appui sur une plateforme (1226) d’une autre 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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