FR3137127A1

FR3137127A1 - Ensemble aubagé de turbomachine comportant des moyens de limitations de vibrations entre plateformes

Info

Publication number: FR3137127A1
Application number: FR2206148A
Authority: FR
Inventors: Fabrice Marcel Noël GARIN; Romain Claude Gabriel BARDON; Fabrice Joël Luc CHEVILLOT; Lucien Henri Jacques QUENNEHEN; Simon Jean-Marie Bernard Cousseau
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS; Safran Ceramics SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS; Safran Ceramics SA
Priority date: 2022-06-22
Filing date: 2022-06-22
Publication date: 2023-12-29
Also published as: WO2023247856A1

Abstract

L'invention propose un ensemble aubagé (10) de turbomachine comportant au moins deux aubes (12) adjacentes, chaque aube (12) comportant une pale (14) radiale et une plateforme (16) située à une extrémité radiale libre de la pale (14), dans lequel la plateforme (16) de chaque aube (12) de l’ensemble aubagé (10) est située circonférentiellement en vis-à-vis d’une plateforme (16) de l'autre aube (12) circonférentiellement adjacentes de l’ensemble aubagé (10), dans lequel l‘ensemble aubagé (10) comporte un insert (20) agencé circonférentiellement entre les plateformes (16) et qui coopère avec les plateformes (16), caractérisé en ce que chaque plateforme (16) comporte une face d'appui circonférentielle (32) contre laquelle une extrémité circonférentielle de l'insert (20) est en contact, et en ce que la direction du contact entre chaque face d'appui circonférentielle (32) et l'insert (20) est orientée circonférentiellement par rapport à l'axe principal A. Figure pour l’abrégé : figure 2

Description

Ensemble aubagé de turbomachine comportant des moyens de limitations de vibrations entre plateformes

L'invention concerne un ensemble aubagé de turbomachine conçu pour réaliser un amortissement en vibration des extrémités radiales externes d'aubes mobiles par coopération l'une avec l'autre.

L'invention a pour but de remplacer les solutions existantes consistant à assembler les aubes avec une précontrainte au montage.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Lors du fonctionnement d'une turbomachine, les aubes, et plus particulièrement les aubes mobiles, sont soumises à diverses vibrations.

Ces vibrations sont généralement les plus importantes au niveau de l'extrémité radiale externe de chaque aube, communément appelée "plateforme".

Pour limiter l'amplitude des vibrations au niveau des plateformes, il a été proposé d'assembler les aubes avec une précontrainte en torsion des aubes.

Lors du fonctionnement de la turbomachine, la précontrainte mentionnée ci-dessus, associée à un montage particulier produit des efforts de friction permettant de réduire l'amplitude des vibrations.

Ce montage implique des formes particulières des plateformes des aubes, pour s'imbriquer de manière prédéfinie.

Cependant, du fait de la rotation de l'aube dans un sens ou dans l'autre, ou bien d'une modification de la position relative des plateformes des aubes, l'effort de contact entre les plateformes peut varier, ce qui peut nuire à l'amortissement des vibrations.

De plus, dans le cas d'aubes réalisées en matériau CMC (composite à matrice céramique), ce matériau ne permet pas d'avoir de précontraintes en torsion aussi importantes que d'autres matériaux. De telles précontraintes induisent des contraintes statiques fortes pouvant aller au-delà de celles admissibles par le matériau.

L'invention a pour but de proposer un ensemble aubagé de turbomachine qui est conçu pour permettre un amortissement des vibrations par frottements sans avoir à précontraindre les aubes au montage.

L'invention propose un ensemble aubagé de turbomachine s’étendant autour d’un axe principal A et comportant au moins deux aubes circonférentiellement adjacentes,

chaque aube comportant une pale s'étendant selon une direction d’extension radiale par rapport audit axe principal A et une plateforme située à une extrémité radiale libre de la pale,

dans lequel la plateforme de chaque aube de l’ensemble aubagé est située circonférentiellement en vis-à-vis d’une plateforme de l'autre aube circonférentiellement adjacentes de l’ensemble aubagé,

dans lequel l‘ensemble aubagé comporte un insert agencé circonférentiellement entre les plateformes et qui coopère avec les plateformes,

caractérisé en ce que chaque plateforme comporte une face d'appui circonférentielle contre laquelle une extrémité circonférentielle de l'insert est en contact,

et en ce que la direction du contact entre chaque face d'appui circonférentielle et l'insert est orientée circonférentiellement par rapport à l'axe principal A.

De préférence, au moins l'une des deux plateformes comporte une gorge ouverte circonférentiellement vers l'autre des deux plateformes, dont une face de la gorge forme la face d'appui circonférentielle et dans laquelle dite gorge, une extrémité circonférentielle de l'insert est reçue.

De préférence, ladite face d'appui circonférentielle est en forme d'arc de cercle ou est inclinée par rapport à la direction radiale.

De préférence, la face d'appui circonférentielle d'une plateforme est parallèle à une direction radiale par rapport à l'axe principal A.

De préférence, la face d'appui circonférentielle comporte une gorge.

De préférence, l'insert comporte deux faces de contact dont chaque face de contact est de forme complémentaire à la forme de la face d'appui qui lui est associée.

De préférence, au moins une face de contact de l'insert est en forme d'un arc de cylindre dont l'axe est parallèle à la direction principale de l'insert.

De préférence, chaque extrémité circonférentielle de l'insert est reçue avec un jeu radial et un jeu circonférentiel dans la gorge qui lui est associée.

De préférence, chaque plateforme comporte un bossage d'épaisseur radiale supérieure à l'épaisseur du reste de la plateforme, dans lequel dit bossage la gorge est formée.

De préférence, l'ensemble aubagé comporte des moyens de rétention axiale de l'insert entre les deux plateformes.

De préférence, les moyens de rétention axiale comprennent au moins un doigt porté par l'insert qui s’étend en saillie circonférentiellement de l’insert et qui est reçu dans une encoche associée formée en creux circonférentiellement dans au moins une des plateformes.

L'invention propose aussi une turbomachine d'aéronef comportant un ensemble aubagé selon l'invention.

est une vue en bout d'un ensemble aubagé de turbomachine selon une direction radiale par rapport à un axe principal de l'ensemble aubagé.

est une section de l'ensemble aubagé représenté à la selon un plan perpendiculaire à l'axe principal de l'ensemble aubagé.

est une vue similaire à celle de la , montrant une autre position relative de l'insert par rapport aux plateformes en cas de dilatation de ceux-ci.

est une vue similaire à celle de la , montrant une variante de réalisation de l'insert.

est une vue similaire à celle de la , montrant une section de l'ensemble aubagé représenté à la .

est une section d'un ensemble aubagé prise selon une direction circonférentielle, montrant un premier mode de réalisation de moyens de retenue de l'insert.

est une section similaire à celle de la , montrant un autre mode de réalisation des moyens de retenue.

est une vue partielle d’un élément de rotor de turbomachine équipé d’un ensemble aubagé selon l’invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE L’INVENTION

On a représenté aux figures une partie d'un ensemble aubagé 10 de turbomachine comportant deux aubes 12 circonférentiellement adjacentes. De préférence, la turbomachine comportant l'ensemble aubagé 10 est une turbomachine d'aéronef.

Cet ensemble aubagé 10 est de préférence un composant appartenant à un disque de rotor de la turbomachine tel que le disque de rotor DR dont une partie est représentée sur la . Les aubes 12 peuvent alors être montées par leurs pieds dans des alvéoles correspondantes de ce disque DR en constituant une couronne d’aubes 21a, 21b qui entourent le disque DR tout en étant portées par celui-ci.

Ici, et selon un mode de réalisation non limitatif, les aubes 12 sont des aubes mobiles d'une turbine basse pression de turbomachine. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et qu'il peut aussi concerner des aubes mobiles d'autres modules de la turbomachine ou des aubes fixes.

L'ensemble aubagé 10 présente un axe principal A qui est destiné à être confondu, ou coaxial à l'axe principal de la turbomachine lorsque l'ensemble aubagé 10 est monté dans celle-ci.

Chaque aube 12 comporte une pale 14 s'étendant selon une direction radiale par rapport à l'axe principal, une première partie d'extrémité radiale 15 dite de pied qui est reliée à une première extrémité radiale de la pale 14 et une deuxième partie d'extrémité radiale 16 appelée plateforme, qui est reliée à une deuxième extrémité radiale de la pale 14.

De préférence, la plateforme 16 est reliée à l'extrémité radiale libre de la pale 14, c’est-à-dire l'extrémité radiale de la pale 14 qui n'est pas fixée à un élément rotatif de support des aubes 12.

Ainsi, selon le mode de réalisation représenté aux figures, la plateforme 16 est située à l'extrémité radiale externe de la pale 14. L'extrémité radiale interne de la pale 14 portant le pied 15 de l'aube 12, par lequel l'aube est montée sur l'élément de support. Comme visible à la et à titre d'exemple préféré mais non limitatif, le pied 15 de l'aube 12 est monté dans une alvéole 17 du disque du rotor DR de la turbomachine.

L'extrémité radiale externe de l'aube 12, qui est opposée au pied 15 de fixation de l'aube 12 au rotor, comporte en outre des léchettes d'étanchéité (non représentées).

L'ensemble aubagé 10 représenté aux figures est constitué de deux aubes 12 qui sont adjacentes circonférentiellement dans la turbomachine.

En particulier, les plateformes 16 des aubes 12 sont situées à proximité l'un de l'autre selon une direction circonférentielle.

Chaque plateforme 16 comporte une face latérale 18 qui est située circonférentiellement en vis-à-vis et à distance d'une face latérale 18 de la plateforme 16 de l’aube circonférentiellement adjacente. Ici, les deux faces latérales 18 en vis-à-vis sont parallèles l'une à l'autre et sont inclinées par rapport à un plan passant par l'axe principal du ensemble aubagé 10.

L'ensemble aubagé 10 comporte aussi un insert 20 qui est agencé circonférentiellement entre les plateformes des deux aubes 12 circonférentiellement adjacentes et qui coopère avec les deux plateformes 16 simultanément, pour que lorsque des vibrations sont produites sur les aubes 12, des frottements se produisent entre l'insert 20 et les plateformes 16 pour réduire l'amplitude des déplacements vibratoires des plateformes 16.

De préférence, l'insert 20 coopère avec les plateformes 16 pour réduire les vibrations.

A cet effet, chaque face latérale 18 de l'une des deux plateformes 16 comporte une face d'appui 32 contre laquelle l'insert 20 est en appui. De plus, l'appui de l'insert 20 sur la face d'appui 32 est orienté au moins en partie circonférentiellement par rapport à l'axe principal A.

Aussi, au moins une face d'appui 32 contre laquelle l'insert 20 est en appui est inclinée par rapport à la direction radiale.

Pour cela, la face latérale 18 d'au moins une plateforme 16 comporte une gorge 22 recevant une extrémité circonférentielle de l'insert 20 qui lui est associée. Cette gorge 22 comporte une face formant la face d'appui 32 de la plateforme et elle débouche selon la direction circonférentielle en direction de la plateforme 16 de l'autre aube 12.

La face d'appui 32 est la face radialement externe de la gorge 22, qui est orientée en partie radialement vers l'intérieur, c’est-à-dire vers l'axe principal A, et en partie circonférentiellement en direction de l'autre plateforme 16.

Selon un premier mode de réalisation représenté aux figures 1 à 3, la face d'appui 32 de l'une des deux plateformes 16, ici la plateforme 16 de droite, s'étend dans un plan parallèle à la direction radiale. Ainsi, l'appui de l'insert 20 contre cette face d'appui 32 est orienté en totalité circonférentiellement par rapport à l'axe principal A.

Selon ce premier mode de réalisation, seule la face d'appui 32 de l'autre plateforme 16, c’est-à-dire ici la plateforme 16 de gauche, comporte une gorge 22 comportant une face d'appui 32.

Ainsi, selon ce mode de réalisation, l'insert 20 est à la fois comprimé circonférentiellement entre les deux faces d'appui 32 des deux plateformes 16 et elle est en appui radialement vers l'extérieur contre la face d'appui 32 de la plateforme de gauche, délimitant en partie la gorge 22.

Lors du fonctionnement de la turbomachine dans laquelle l'ensemble aubagé 10 est agencé, l'appui de l'insert 20 contre la face d'appui 32 inclinée provoque un appui de l'insert 20 contre l'autre face d'appui 32, qui est orientée radialement, selon la direction circonférentielle.

Par cet appui circonférentiel, des efforts de friction entre l'insert 20 et la face d'appui 32 sont produits, réduisant par conséquent les vibrations des deux plateformes 16 circonférentiellement adjacentes.

Comme on peut le voir à la , l'inclinaison d'une face d'appui permet aussi de compenser les variations dimensionnelles des aubes 12 causées par leur dilatation. Lors de la dilatation des aubes 12, les plateformes 16 circonférentiellement adjacentes sont amenés à s'écarter circonférentiellement l'un de l'autre. Puisqu'au moins une face d'appui 32 est inclinée par rapport à la direction radiale, même si les plateformes 16 s'écartent circonférentiellement l'une de l'autre, c’est-à-dire que les faces d'appui 32 s'écartent circonférentiellement l'une de l'autre, l'insert 20 se déplace radialement par rapport à l'axe principal A, tout en restant en contact avec les deux faces d'appui 32.

La fonction d'amortissement des vibrations est ainsi conservée.

Selon un autre mode de réalisation représenté aux figures 4 et 5, la face latérale 18 de chaque plateforme 16 comporte une gorge 22 recevant une extrémité circonférentielle de l'insert 20 qui lui est associée. Cette gorge 22 comporte une face formant la face d'appui 32 de la plateforme et elle débouche selon la direction circonférentielle en direction de la plateforme 16 de l'autre aube 12.

L'insert 20 comporte des faces de contact 34 qui sont destinées à venir en appui contre les faces d'appui 32 des plateformes 16. Chaque face de contact 34 est de forme complémentaire à la forme de la face d'appui 32 qui lui est associée. La face de contact 34 et la face d’appui 32 qui lui est associée étant disposées circonférentiellement en regard l'une de l'autre.

Ainsi, selon le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, une face de contact 34 est orientée en partie radialement vers l'extérieur, c’est-à-dire qui s'éloigne de l'axe principal A, et en partie circonférentiellement en direction de la plateforme 16 associé à la face de contact 34. L'autre face de contact 34 s'étend dans un plan parallèle à la direction radiale pour que, l'appui de l'insert 20 contre la face d'appui 32 associée soit orienté en totalité circonférentiellement par rapport à l'axe principal A.

Selon le mode de réalisation représenté aux figures 4 et 5, chacune des deux faces de contact 34 est orientée en partie radialement vers l'extérieur, c’est-à-dire qui s'éloigne de l'axe principal A, et en partie circonférentiellement en direction de la plateforme 16 associé à la face de contact 34.

Quel que soit le mode de réalisation, afin de permettre un déplacement relatif des plateformes 16 l'une par rapport à l'autre, notamment du fait de la dilatation des aubes 12, l'insert 20 est reçu avec jeu dans la gorge 22 ou les deux gorges 22. De préférence, chaque extrémité circonférentielle de l'insert 20 est reçue avec un jeu radial et un jeu circonférentiel dans chacune des deux gorges 22

Pour cela, la dimension radiale ainsi que la profondeur, mesurée circonférentiellement, de chaque gorge 22 est supérieure à l'épaisseur radiale de l'insert 20 et à la longueur circonférentielle de la partie de l'insert qui est reçue dans chaque gorge 22.

Pour compenser cette différence de dilatations, et selon une variante de réalisation représentée à la , la face de contact 34 de l'insert 20 est bombée radialement vers l'extérieur. De préférence, la face de contact 34 de l'insert 20 est en forme d'un arc de cylindre dont l'axe est parallèle à la direction principale sensiblement axiale de l'insert 20.

En complément de cette forme bombée de l'insert 20, la face d'appui 32 de chaque gorge 22 est elle aussi bombée et forme un arc de cylindre dont l'axe est parallèle à la direction principale sensiblement axiale de la face latérale 18.

De préférence, le rayon du cylindre associé à chaque face d'appui 32 d'une gorge 22 est supérieur au rayon du cylindre associé à la face de contact 34 de l'insert 20.

Par ces formes convexes des parois et faces en vis-à-vis, quelle que soit la déformation de l'une et/ou l'autre des aubes 12 et du déplacement de leurs plateformes 16, le contact entre l'insert 20 et chaque plateforme 16 est réparti en un contact cylindre - cylindre, c’est-à-dire un contact réparti sur toute la longueur de l'insert 20.

Pour recevoir chaque gorge 22, une plateforme 16 comporte un bossage 28, c’est-à-dire une surépaisseur radiale. Cette surépaisseur a pour conséquence une augmentation de la masse de la plateforme 16. Ainsi, plus la longueur de l'insert 20, ou des gorges 22 associées, est importante, plus la masse de la plateforme 16 est elle aussi importante.

Selon un autre aspect de l'invention représenté aux figures 6 et 7, l'ensemble aubagé 10 comporte des moyens de rétention axiale de l'insert 20 entre les deux plateformes 16.

Selon un premier mode de réalisation, la longueur axiale de l'insert 20 et de la gorge 22 qui lui est associée est inférieure à la longueur axiale de la plateforme 16 et la gorge 22 n'est pas débouchante dans chaque extrémité axiale de la plateforme 16. Ainsi, l'insert 20 est apte à venir en butée axialement contre une extrémité axiale de la gorge 22 dans laquelle il est reçu en partie.

Selon un deuxième mode de réalisation représenté à la , ces moyens de rétention axiale consistent en des doigts 36 qui font saillie circonférentiellement par rapport au reste de l'insert 20 et qui sont reçus dans des encoches 38 associées formées dans les plateformes 16.

Les doigts 36 et encoches 38 sont conçus pour permettre un déplacement relatif de l'insert 20 par rapport aux plateformes 16 selon la direction radiale.

La plateforme 16 et les surfaces fonctionnelles de celui-ci, c’est-à-dire le bossage 28, la face latérale 18 et les parois de la gorge 22 sont réalisés en CMC, c’est-à-dire en Composite à Matrice Céramique, par tissage, moulage puis éventuellement usinage des parties fonctionnelles.

L'insert 20 est par exemple réalisé dans un matériau métallique réfractaire à base de Nickel ou de cobalt ou bien dans un matériau céramique monolithique ou renforcé de fibre. Il sera compris que le matériau constitutif de l'insert n'est pas limité à ces exemples et que d'autre matériaux peuvent être utilisés de manière à s’adapter à l’application choisie, en terme de résistance à la température et de réduction de masse tout en respectant le maintien de l'insert 20 et générer le niveau d’amortissement souhaité.

Claims

Ensemble aubagé (10) de turbomachine s’étendant autour d’un axe principal (A) et comportant au moins deux aubes (12) circonférentiellement adjacentes,
chaque aube (12) comportant une pale (14) s'étendant selon une direction d’extension radiale par rapport audit axe principal A et une plateforme (16) située à une extrémité radiale libre de la pale (14),
dans lequel la plateforme (16) de chaque aube (12) de l’ensemble aubagé (10) est située circonférentiellement en vis-à-vis d’une plateforme (16) de l'autre aube (12) circonférentiellement adjacentes de l’ensemble aubagé (10),
dans lequel l‘ensemble aubagé (10) comporte un insert (20) agencé circonférentiellement entre les plateformes (16) et qui coopère avec les plateformes (16),
caractérisé en ce que chaque plateforme (16) comporte une face d'appui circonférentielle (32) contre laquelle une extrémité circonférentielle de l'insert (20) est en contact,
et en ce que la direction du contact entre chaque face d'appui circonférentielle (32) et l'insert (20) est orientée circonférentiellement par rapport à l'axe principal A.
Ensemble aubagé (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins l'une des deux plateformes (16) comporte une gorge (22) ouverte circonférentiellement vers l'autre des deux plateformes (16), dont une face de la gorge (22) forme la face d'appui circonférentielle (32) et dans laquelle dite gorge (22), une extrémité circonférentielle de l'insert (20) est reçue.
Ensemble aubagé (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite face d'appui circonférentielle (32) est en forme d'arc de cercle ou est inclinée par rapport à la direction radiale.
Ensemble aubagé (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face d'appui circonférentielle (32) d'une plateforme (16) est parallèle à une direction radiale par rapport à l'axe principal A.
Ensemble aubagé (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la face d'appui circonférentielle (32) comporte une gorge (22).
Ensemble aubagé (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert (20) comporte deux faces de contact (34) dont chaque face de contact (34) est de forme complémentaire à la forme de la face d'appui (32) qui lui est associée.
Ensemble aubagé (10) selon la revendication précédente, en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que au moins une face de contact (34) de l'insert (20) est en forme d'un arc de cylindre dont l'axe est parallèle à la direction principale de l'insert (20).
Ensemble aubagé (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque extrémité circonférentielle de l'insert (20) est reçue avec un jeu radial et un jeu circonférentiel dans la gorge (22) qui lui est associée.
Ensemble aubagé (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque plateforme (16) comporte un bossage (28) d'épaisseur radiale supérieure à l'épaisseur du reste de la plateforme (16), dans lequel dit bossage (28) la gorge (22) est formée.
Ensemble aubagé (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de rétention axiale de l'insert (20) entre les deux plateformes (16).
Ensemble aubagé (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de rétention axiale comprennent au moins un doigt (36) porté par l'insert (20) qui s’étend en saillie circonférentiellement de l’insert (20) et qui est reçu dans une encoche (38) associée formée en creux circonférentiellement dans au moins une des plateformes (16).
Turbomachine d'aéronef comportant un ensemble aubagé (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.