Brevet FR2474095A1 — publié le 19810724

La présente invention concerne les aubes de rotor pour moteurs à turbine à gaz Une question qui se pose avec ces aubes de rotor, en particulier lorsqu'elles sont jointes ensemble par des bandages placés à leur pointe, est celle de la vibration de la partie aérodlinamiquement profilée de ces aubes. Dans le passé, cette question a été réso- lue au mojen de poids modérateurs de vibrations pla- cés sous les plateaux portant les aubes. Cette solu- tion permettait l'amortissement des vibrations mais entratnait d'autres caractéristiques nuisibles. C'est ainsi que, pour obtenir un amortissement suffi- sant, l'aube doit comporter une tige assez longue al- lant du pied de l'aube au plateau, ce dernier devant en outre êtra assez lourd pour supporter les charges assez élevées engendrées dans un champ de forces cen- trifuges, même avec les poids modérateurs de dimen- sions réduites utilisés. La présente invention réalise une aube de rotor com- portant un dispositif interne d'amortissement dans sa pointe, position la plus efficace pour un tel amor- tissement. L'aube de rotor pour moteur à turbine à gaz selon la présente invention comprend une partie aérodynamique- ment profilée dont la pointe comporte une partie creuse, une surface interne de cette partie creuse s'étendant transversalement à la direction de la force centrifuge agissant sur l'aube pendant le fonc- tionnement du moteur, et un poids porté adjacent à cette face et pouvant librement venir porter sur elle sous l'action de la force centrifuge de façon que, si l'aube se met à vibrer, ledit poids et ladite surface pourront coulisser l'un par.rapport à l'autre et amor- tir la vibration de l'aube. De préférence, ie poids sera en matière céramique, Selcn un mode préféré de réalisation de l'invention, l'aube de rotor comporte une partie aérodynamiauement profilée creuse, le poids étant maintenu en place par la partie extrême d'un tube d'arrivée d'air réfrigé- rant logé dans ladite partie aérodynamiauement profi- lée creuse de l'aube. Le poids pourra être fait de diverses matières céra- miques telles que le nitrure de silicium ou le car- bure de silicium. L'invention est décrite ci-après en détail en se réfé- rant à deux exemples préférés, non limitatifs, de ré- alisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de c6té, en par- tie écorchée, d'un turboréacteur équipé d'aubes mo- biles de turbine conformes à l'invention; - la figure 2 est une coupe à plus grande échelle d'une des aubes de rotor de la figure 1; - la figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2; - la figure 4 est une coupe de la partie extrême, ou pointe, d'une aube de rotor selon un Lecond mode de réalisation de l'invention; et - la figure 5 est une coupe selon la ligne 5-5 de la figure 4. La figure 1 montre un turboréacteur 10 comportant les éléments constitutifs habituels suivants: un compres- seur 11, des chambres de combustion 12, une turbine 13 et une tuyère d'éjection 14. Le fonctionnement général de ce turboréacteur est classique et ne sera pas décrit plus en détail. On notera toutefois que le moteur représenté est très simplifié et qu'il pour- rait constituer la partie centrale d'un turboréacteur à soufflante ou autre type plus complexe. La présente invention s'applique à plusieurs types différents de moteurs à gaz La turbine 13 du moteur comporte un disque de rotor portant une pluralité d'aubes de rotor 16. Ces aubes 16 subissent l'action des gaz chauds sortant des chambres de combustion 12 et entraÂnent le disque de rotor 15 et, par suite, le compresseur 11 La figure 2 est une coupe à plus grande échelle d'une de ces aubes 16; on voit que cette aube comporte un - pied 17 muni de parties saillantes en dents de scie, une tige (ou fMt) 18, un plateau 19 et une partie creuse profilée aérodynamiquement 20. On remarquera que l'aube représentée ne comporte pas de bandage à son extrémité libre ou pointe, comme c'est le cas dans certaines turbines En raison de la température assez élevée de l'ambian- ce dans laquelle travaille l'aube, et en particulier sa partie profilée, un système de refroidissement de cette dernière partie est indispensable. A cette fin la tige 18 comporte un orifice d'entrée d'air réfri- gérant 21 par lequel cet air,-proxvenant d'une source non représentée, pénètre dans un passage 22 conduisant dans la cavité interne 23 d'un tube d'entrée d'air ré-- frigérant 24. Ce tube 24 est représenté comme faisant partie intégrante de l'aube mais on comprendra qu'il pourrait être fait d'un élément réalisé séparément et soudé, ou fixé d'une autre façon à la cavité interne de l'aube à l'extrémité de la partie profilée se joi- gnant à la tige. Quelle que soit sa forme, le tube 24 comporte une pluralité d'orifices de refroidissement par impact 25 par lesquels l'air réfrigérant s'écoule sous forme d'une pluralité de jets venant frapper la surface in- terne 26 de l'aube creuse 20.-Pour-faciliter cette opération, le tube 24 est disposé de façon à épouser la forme de la surface interne 26 en ne laissant Au'un faible intervalle que devront franchir les jets d'air réfrigérant pour venir frapper la surface interne 26. Comme décrite jusqu'ici, l'aube est-classique et les spécialistes de la question reconna!tront que ce genre de refroidissement n'utilisant qu'un seul tube d'en- trée pour l'air qui refroidit par impact la totalité de la partie profilée constitue un mode particulière- ment simple de refroidissement. En pratique, on pour- ra évidemment préférer un système plus complexe com- portant des passages venus de fonderie à l'intérieur de l'aube au lieu du tube d'entrée et du système de projection décrits. L'aube 16 ne comporte pas, à sa pointe, de bandage pouvant restreindre ses mouvements vibratoires et, de ce fait, elle aura tendance à vibrer fortement à cer- taines fréquences de résonance. Pour pouvoir amortir de telles vibrations, la partie profilée creuse com- porte, à proximité de sa pointe, une cloison 27 dont la surface interne 28 s'étend transversalement à la direction du champ de forces centrifuges agissant sur l'aube pendant le fonctionnement du moteur. En fait, dans l'exemple représenté, la surface 28 est perpen- diculaire à cette direction Un roids 29 qui, dans l'exemple représenté, est en matière céramique telle que du nitrure de silicium ou du carbure de silicium, retenu dans l'extrémité béante du tube 24, peut se déplacer librement dans le sens radial, en direction de l'extérieur, sous l'action de la force centrifuge, mouvement restreint par son contact avec la surface interne du tube 24. Des saillies 30, sur la paroi interne du tube 24, em- pêchent le poids 29 de tomber à l'intérieur du tube et, comme on peut le voir sur la figure 3, ce poids éCouse étroitement l'intérieur du tube 24 de façon à obturer étanchément l'extrémité de ce tube, normale- ment béante On se rendra compte que, lorsque le moteur fonctionne, le rotor 15 et lÈs aubes 16 tournent à grande vitesse et que les poids 29 sont poussés à force contre la face interne 28 de la cloison 26. Si l'aube se met à vibrer, les dimensions différentes de la rartie Pro- filée 20 et du tube 24 entraîneront pour chacune d'elles des mouvements différents et, par conséquent, la partie extrême du tube 24 se déplacera par rapport à la pointe de l'aube 20 et entraînera le déplacement du poids 29 le long de la surface 28. De frottement produit par le contact de la surface et du poids freinera ce mouvement et l'énergie dépensée pour vaincre cette résistance amortira les vibrations. Il est évident que, si le frottement restreignant le déplacement du poids sur la surface 28 est trop grand, ce déplacement n'aura pas lieu, le système se blo- quera et l'amortissement sera faible ou nul. Le frottement dépend de la masse du poids et du co- efficient de frottement entre les matières constitu- tives du poids et de la surface. L'ex?érience a ré- vélé qu'en pratique le poids et le coefficient de- vaient être faibles, ceci pouvant s'obtenir au moyen du poids en matière céramique précité. Pour les ma- tières céramiques, le coefficient de frottement peut être inférieur à la moitié de celui d'un alliage su- périeur, et le poids spécifique âtre le tiers de ce- lui d'un tel alliage. Un autre point que l'on doit noter à propos du mode de réalisation des figures 2-et 3 concerne l'orienta- tion de la cloison 27. La surface 28 de celle-ci doit être transversale à la direction du champ de forces centrifuges s'exerçant sur la partie profilée de l'aube de façon à réduire le plus possible la force s'exerçant transversalement sur le poids 29 et qui aurait tendance à pousser ce dernier contre une paroi du tube 24 et par conséquent à bloquer le sys- tème. Mais ia pointe 31 de l'aube ne devra pas né- cessairement être parallèle à la cloison 26 et, en fait, elle est représentée avec une inclinaison con- sidérable. Pour concilier ces exigences, la pointe de l'aube comporte une cavité 32 à l'extérieur de la cloison 26. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 4 et 5, l'aube et son dispositif de refroidissement sont semblables à ceux des figures 2 et 3. Mais, dans ce second exemple, l'extrémité externe du tube 33 est obturée par un bouchon 34 soudé à l'intérieur du tube. Ce bouchon 34 comporte un creux 35 dans sa face tournée vers l'extérieur et dans lequel est pla- cé un poids en matière céramique 36, ici aussi en ni- trure de silicium ou en carbure de silicium. Dans ce second exemple également, le poids 36 peut se dépla- cer librement pour prendre contact avec une surface 37 formée par la face interne d'un bouchon 38 formant la pointe de l'aube. Comme dans le cas de la surface 28 du premier exemple, la surface 37 est orientée transversalement, en fait perpendiculairement dans l'exemple représenté, à la direction du champ de forces centrifuges, et le poids 36 produit son effet d'amortissement exactement de la m8me façon que dans l'exemple précédent On notera que, dans l'exemple de la figure 4, la pointe de l'aube est également inclinée, c'est à dire non parallèle à la surface 37. Dans ce second exem- ple, la partie comprise entre la pointe et la surface 37 est complètement occupée par le bouchon 38. On notera également que ce second mode de réalisation assure une meilleure étanchéité à l'extrémité de sor- tie du tube d'arrivée d'air que le premier mode, mais au prix d'un ensemble plus lourd et plus complexe. Il est évident que les deux modes de réalisation dé- crits ci-dessus sont susceptibles de plusieurs modi- fications. Par exemple, comme on l'a déjà mentionné, le système de refroidissement par air décrit est très simple et pourra être remplacé par un dispositif plus complexe. D'autre part, le poids mobile ne devra pas nécessairement être placé tel qu'on l'a décrit et il sera possible d'utiliser des poids non fixés par un tube ou structure analogue Il apparaîtra é-alement aux spécialistes de la question que le poids pourra être fait de diverses matières et, en pratique, de diverses matières céramiques. On comprendra également que l'invention est applicable à une aube sans système de refroidissement, pleine à l'exception d'une partie creuse à sa pointe, spécia- lement conformée pour loger le poids modérateur selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Aube de rotor pour moteur à turbine à gaz, compre- nant une partie aérodynamiquement profilée dont la pointe comporte une partie creuse, caractérisée en ce que ladite partie creuse comporte une surface interne (28, 37) s'étendant transversalement à la direction de la force centrifuge agissant sur l'aube (16) pendant le fonctionnement du moteur, et un poids (29, 36) porté adjacent à ladite sur- face et pouvant librement venir porter sur elle sous l'action de la force centrifuge de façon que, si l'aube se met à vibrer, ledit poids (29, 36) et ladite surface (28, 37) pourront coulisser l'un par rapport à l'autre et amortir ainsi la vibra- tion de l'aube. 2. Aube de rotor selon la Revendication 1, caractéri- sée en ce que ledit poids (29, 36) est constitué par un bloc de matière céramique. 3. Aube de rotor selon une quelconque des Revendica- tions 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite sur- Face (28, 37) s'étend perpendiculairement à ladite direction de la force centrifuge 4. Aube de rotor selon une quelconque des Revendica- tions 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite aube (16) comporte une partie aérodynamiquement profilée creuse (20). 5. Aube de rotor selon une quelconque des Revendica- tions 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que ledit poids (29, 36) est maintenu en place par l'extré- mité d'un tube d'admission d'air réfrigérant (24, 33) placé dans la partie profilée creuse (20) et s'étendant dans le sens longitudinal de celle-ci 6. Aube de rotor selon la Revendication 5, caractéri- sée en ce que le poids (29) obture complètement et étanchément l'extrémité, normalement béante, du tube d'admission d'air (24). 7. Au-e de rotor selon la Revendication 5, caractéri- sée en ce que l'extrémité du tube d'admission d'air (33) est obturée et étanchément ferm e par un bouchon (34) comportant une partie creuse (35) dans laquelle est portée ledit poids (36). 8. Aube de rotor selon une quelconque des Revendica- tions 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisée en ce - que ledit poids (29, 36) est Lait de nitrure de silicium ou de carbure de silicium.