Brevet FR2478196A1 — publié le 19810918

La présente invention concerne des aubes de turbomachi- nes, et en particulier l'amortissement des vibrations induites dans ces aubes. Lorsqu'il s'agit d'aubes de compresseurs de grandes dimensions, par exemple d'aubes de ventilateur d'une turbo- machine à gaz du type à dérivation, on sait comment utiliser des plate-formes, habituellement appelées amortisseurs par friction en des emplacements le long de la partie aérodyna- mique pour amortir les vibrations dues à la torsion, au flot- tement et au battement de l'aube. Ces amortisseurs par fric- tion interagissent les uns avec les autres pour former en fait une plate-forme continue qui amortit les vibrations. Ces amortisseurs ajoutent un poids indésirable et les raci- nes des aubes et les disques ou tambours sur lesquels les aubes sont montées doivent donc être considérablement ren- forcés pour résister aux forces centrifuges élevées appli- quées aux amortissements par friction. En outre, le fait de prévoir des amortisseurs par friction complique la fabrication de l'usinage, compromet le rendement aérodyna- mique de l'aube et introduit des zones soumises à de fortes contraintes dans des régions vulnérables de l'aube. Il existe donc une raison très valable pour éliminer les amortisseurs par friction. On sait également comment munir les aubes de turbines d'enveloppes de pointe servant à réduire les fuites de gaz au niveau des pointes des aubes et à déterminer l'amortis- sement des vibrations des aubes d'une façon assez comparable à celle dont les amortisseurs par friction agissent sur les aubes de compresseurs. Dans ce cas également, les rotors de ) turbine comprenant des aubes à enveloppe de pointe présentent un grand nombre des inconvénients énumérés ci-dessus, et il y a donc de bonnes raisons pour éliminer l'utilisation d'en- veloppes de pointe et de traiter le problème de l'amortisse- ment des vibrations et celui du contrôle des jeux au niveau des pointes de façon séparée. On sait aussi comment amortir des aubes non pourvues d'enveloppe au moyen de blocs élastiques fixés en dessous de la plate-forme de la racine, mais il faut alors que l'aube ait un profil plus important pour obtenir une flexion suf- fisante et un amortissement efficace. Le résultat se mani- feste par une augmentation des charges appliquées au pour- tour du disque. La présente invention propose une façon d'amortir les vibrations induites dans les aubes de turbomachines ne comprenant pas d'amortisseurs par friction d'enveloppes de pointe ou de tous autres amortisseurs de vibrations connus. Les avantages offerts par l'invention consistent principalement dans le fait que l'amortisseur de vibrations est contenu à l'intérieur de l'aube et ne compromet donc pas le rendement aérodynamique de l'aube. En outre, la façon dont est conçu l'amortisseur de vibrations permet un amortissement adéquat sans imposer de forces centrifuges excessives aux aubes et aux rotors sur lesquels sont montéesles aubes. De plus, les aubes de l'invention sont plus faciles à fabriquer et à usiner et sont donc moins coûteuses à fabriquer que les aubes pourvues d'amortisseurs par friction ou d'enveloppes de pointe. Selon la présente invention, il est proposé une aube pour turbomachine comprenant une partie de forme aérodyna- mique, une racine, un alésage s'étendant en direction de la pointe de l'aube qui est éloignée de la racine, et un amor- tisseur de vibrations s'étendant le long de l'alésage, l'amortisseur comprenant un ou plusieurs premiers composants mobiles transversalement dans l'alésage et un ou plusieurs seconds composants en contact de friction avec la paroi de l'alésage, le premier composant, ou chaque premier compo- sant, étant en contact avec un ou plusieurs seconds compo- sants au niveau de deux paires de surfaces en contact mutuel et disposées en des régions espacées le long de l'alésage, une première paire de surfaces en contact étant inclinée dans le sens de la longueur de l'alésage, et une seconde paire de surfaces en contact convergeant en direction de la première paire de surfaces en contact, la forme et la position des paires de surfaces en contact étant telles qu'en utilisation, un mouvement transversal du premier composant, ou de chaque premier composant, compense le mouvement axial du second composant, ou des divers seconds composants, provo- qué par la flexion de l'aube par rapport à la longueur-de l'alésage, et assure que le premier composant, ou chaque premier composant, établit un contact par friction avec un ou plusieurs seconds composants, de manière à amortir les vibrations de l'aube. Les deux types de composants peuvent être constitués par un filament flexible enroulé en hélice et s'étendant le long de l'alésage. Par exemple, les premiers et seconds com- posants peuvent être chacun sous la forme d'un filament flexible allongé enroulé en hélice et s'étendant le long de l'alésage, les hélices des deux filaments ont le même pas et sont enroulées dans le même sens autour de l'axe longitudi- nal de l'alésage, les enroulements d'un filament sont inter- posés entre les enroulements de l'autre filament, et le pre- mier composant est en contact avec le second composant le long de deux zones axialement espacées et s'étendant hélicoïdale- ment. En variante, l'amortisseur peut comprendre une série de premiers composants espacés le long de l'alésage et une série de seconds composants interposés entre des premiers composants adjacents axialement., Par exemple, les premiers et seconds composants peuvent être tous les deux constitués par des bagues annulaires, ou rondelles, pouvant avoir une forme en section transversale circulaire, triangulaire ou trapézoïdale. De préférence, les bagues définissant les seconds composants sont fendues circonférentiellement (c'est- à dire qu'elles comprennent. des fentes s'étendant en direc- tion radiale). Les sections transversales de chaque bague peuvent être différentes. Chaque second composant peut être constitué par une bague annulaire, et chaque premier composant peut être un organe pourvu d'une surface convexe (telle qu'une bille pouvant être sphéroldale, obloidale, proloidale ou ellipsoi- dale) qui est en contact avec deux seconds composants le long de zones de contact s'étendant circonférentiellement et la tangente à la surface convexe de la zone de contact forme un angle avec l'axe longitudinal de l'alésage. Les seconds composants peuvent être constitués par une série de billes disposées par jeux autour de la paroi de l'alésage à des intervalles espacés le long de l'alésage, et les premiers composants sont disposés entre deux jeux de billes et sont en contact avec les billes dans des plans contenant la tangente aux zones de contact entre les billes et le premier composant. Quand le premier composant, ou chaque premier compo- sant et le second composant, ou chaque second composant, a une forme en section transversale sensiblement triangulaire, les premiers et seconds composants peuvent être disposés de manière qu'une arête des sections transversales trian- gulaires pointe alternativement radialement vers l'intérieur et radialement vers l'extérieur par rapport à l'alésage, les premiers et seconds composants étant en contact les uns avec les autres sur deux côtés de leurs sections transver- sales triangulaires. Le premier composant, ou chaque premier composant, et le second composant, ou chaque second composant, peut avoir une forme en section transversale sensiblement trapézoïdale avec deux côtés convergents, et les premiers et seconds composantssont disposés de manière que les côtés convergents de chaque section transversale convergent alternativement en direction d'une position radialement externe et d'une position radialement interne, et les premiers et seconds composants sont en contact les uns avec les autres par leur surfaces convergentes. Divers modes de réalisation de l'invention seront maintenant décrits à titre d'exemples avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels la figure 1 représente une aube de turbine, incorpo- rant une forme d'amortisseur de vibrations construit selon 2478 196 - la présente invention, la figure 2 représente en plus grand détail une partie de l'amortisseur de vibrations de l'aube de la figure 1, les figures 3 à 8 représentent des formes différentes de l'amortisseur représenté dans l'aube de la figure 1. Les figures 1 et 2, représentent une aube de turbine destinée à une turbomachine à gaz comprenant une partie de forme aérodynamique 11 et une racine 12. La racine a la forme traditionnelle d'un sapin qui permet de monter l'aube dans des fentes de forme complémentaire espacées autour du périmètre du disque rotor ou du tambour. L'aube est pourvue d'un alésage borgne 13 venu de coulée ou usiné dans l'aube à partir de l'extrémité de la racine, et le diamètre de l'alésage est typiquement de l'or- dre de 6,0 mm (0,25 pouce) mais il peut naturellement être plus grand ou plus petit. L'aube est pourvue d'un amortisseur de vibrations qui sert à amortir les vibrations de l'aube se manifestant selon tout mode quelconque par rapport à l'axe de l'alésage. L'amortisseur comprend deux fils 15, 16 enroulés hélicoldalement dans le même sens autour de l'axe longitudi- nal de l'alésage, et ayant un pas commun. Les fils 15, 16 ont une forme en section transversale sensiblement triangulaire. Le diamètre d'ensemble des deux composants 15, 16 est juste légèrement inférieur au diamètre de l'alésage 13. L'un des composant 15 est enroulé de manière qu'un sommet de sa section transversale pointe radialement vers l'intérieur et qu'un côté du triangle soit en contact avec la paroi de l'alésage. L'autre composant 16 est enroulé de manière à avoir un sommet de sa section transversale pointant radialement vers l'extérieur et disposé dans les interstices des enroulements de l'autre composant 15. De ce fait, les sommets pointent alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur le long de l'alésage. On verra que les composants 15, 16 ont des surfaces se faisant mutuellement face et en contact l'une avec l'autre, disposées alternativement selon des angles opposés par rapport à l'axe longitudinal. 2-478196 En d'autres termes, chaque composant 15 ou 16 établit un contact avec son opposant sur deux côtés de sa section transversale triangulaire. Le composant 16 a un diamètre légèrement inférieur à celui de l'autre composant 15 de manière à pouvoir se déplacer transversalement dans l'alésage. En fonctionnement, une flexion de l'aube en porte-à- faux le long de l'alésage 13 tend à augmenter l'interstice entre les enroulements du composant 15 sur un côté de l'axe longitudinal et simultanément comprime les enroulements en un point diamétralement opposé à l'interstice qui est augmen- té. Ceci entraîne un déplacement latéral dans l'alésage du composant radialement interne 16 et ménage simultanément un espace pour tout mouvement axial du composant 15. Les forces centrifuges appliquées aux composants 15 et 16 du fait de la rotation du rotor sur lequel l'aube est montée amènent les composants 15 et 16 à venir en contact avec l'extrémité de l'alésage et le composant 16 est amené à venir en contact avec le composant 15 et à le solliciter en contact avec la paroi de l'alésage, et dans le même temps un mouvement trans- versal du composant 16 transmet une force de friction au composant 15 qui amortit les vibrations de l'aube. Les organes enroulés 15, 16 peuvent être réalisés par l'enveloppe externe d'un câble de commande vendu dans le Royaume uni de Grande-Bretagne sous la marque déposée de "Bowdenex". Les câbles "Bowdenex" sont conçus pour être utilisés comme câbles de commande dans les situations oû il n'est pas possible de tolérer des variations de la longueur moyenne de l'âme interne par rapport à l'âme externe dues à la flexion du câble. L'enveloppe externe du câble "Bowdenex" comprend deux organes enroulés, dont l'un est triangulaire avec un sommet pointant radialement vers l'intérieur et l'autre a une section transversale circulaire, et on a constaté qu'il était utile pour former l'amortisseur de vibrations de la présente invention. 2478 196 7. D'autres formes en section transversale des composants et 16 sont possibles, et ces sections transversales peuvent être par exemple, comme représenté à la figure 3, sensiblement trapézoïdales avec deux côtés convergents. Dans ce cas, les composants 15, 16 sont disposés de manière que leurs côtés convergents convergent alternativement vers des positions radialement internes et radialement externes à mesure que l'on progresse le long de l'alésage. Là encore, les surfaces en confrontation mutuelle sont disposées dans des plans alternativement inclinés dans des directions opposées par rapport à l'axe de l'alésage. La forme en section transversale des composants 15, 16 peut être circulaire, comme représenté à la figure 4, et dans ce cas, les tangentes à la zone de contact entre les composants sont situées dans des plans inclinés par rapport à l'axe longitudinal de l'alésage. Il est possible de construire un composant 15 ou 16 de manière que sa forme en section transversale soit diffé- rente de celle de l'autre. Par exemple, un composant peut avoir une section transversale triangulaire alors que l'autre peut être de section circulaire ou trapézoïdale, à condition que les composants 15 et 16 soient en contact mutuel dans des plans inclinés alternativement dans des directions opposées. Si on le souhaite, les deux composants 15 ou 16 des figures t à 4 peuvent être remplacés par une série de compo- sants espacés le long de l'alésage. Des exemples de tels amortisseurs sont représentés sur les figures 5 à 8. Si on se réfère à la figure 6, les deux composants 15 et 16 comprennent un certain nombre de bagues annulaire de section transversale triangulaire, comme représenté à la figure 2, espacées le long de l'alésage. Chaque bague 15 est pourvue d'une fente radiale qui lui permet de-se distendre et de se fixer dans l'alésage. Les bagues 16 sont pourvues de fentes fermées s'étendant radialement, et elles ont un diamètre externe légèrement plus faible que l'alésage pour pouvoir se déplacer transversalement dans cet alésage. Les bagues 15 ou 16 peuvent avoir une forme en section transversale circulaire, triangulaire ou trapézoïdale, comme représenté aux figures 5 à 7. Si on se réfère aux figures 5 à 7, chaque composant est constitué par une bague annulaire qui peut être de forme en section transversale triangulaire, circulaire ou trapé- zoldale, ou autre encore. Les deux jeux de composants n'ont pas besoin d'avoir la même forme, à condition que les compo- sants 16 soient libres de se déplacer transversalement dans l'alésage et de pouvoir établir le contact avec les composants dans des plans inclinés alternativement dans des directions différentes par rapport à l'axe longitudinal de l'alésage. Si on se réfère à la figure 8, le composant 15 des figures 1 à 4 est remplacé par une série de bagues annulaires discrètes fendues circonférentiellement et espacées le long de l'alésage, et les composants 16 des figures 1 à 4 sont remplacés par une série de billes pouvant être sphériques, ovoldales, proloidales ou ellipso5dales. Les billes 16 sont libres de se déplacer transversalement et chacune établit un contact avec deux bagues axialement adjacentes 15 le long d'une zone de contact s'étendant circonférentiellement, la tangente à cette surface étant disposée dans un plan incliné alternativement, le long de l'alésage, dans des directions différentes par rapport à l'axe longitudinal de l'alésage. Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, les composants 15, 16 établissent un contact mutuel dans des plans disposés alternativement dans des directions différen- tes progressant le long-de l'alésage. Ceci signifie effecti- vement que les composants 16 sont disposés dans des évide- ments dont la forme va en diminuant et qui, lorsque l'aube se ploie, enserrent le composant 16 et le sollicitent vers le côté. De plus, la rotation relative d'une section de l'alésage par rapport à une autre, produit un glissement relatif des composants 15, 16 et entre l'alésage et les composants 15 et 16. Les forces centrifuges appliquées aux composants 15 et 16 les sollicitent en contact les uns avec les autres et les vibrations de l'aube sont amorties par dissipation de l'éner- gie par friction des surfaces en confrontation des composants et 16. Les composants 15, quand ils sont constitués sous forme de bagues, sont fendus circonférentiellement pour leur permettre d'tre insérés dans l'alésage et de se distendre pour venir en contact de friction avec la paroi de l'âme quand ils sont soumis à des forces centrifuges. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Aube de turbomachine, comprenant une partie de forme aérodynamique, une racine, un alésage s'étendant en direction de la pointe de l'aube qui est éloignée de la racine, et un amortisseur de vibrations s'étendant le long de l'alésage, caractérisée en ce que l'amortisseur comprend un ou plusieurs premiers composants (15) mobile transversa- lement dans l'alésage (13) et un ou plusieurs seconds compo- sants (15) en contact de friction avec la paroi de l'alésage (13), le premier composant (16), ou chaque premier composant (16), étant en contact avec un ou plusieurs seconds compo- sants (15) au niveau de deux paires de surfaces en contact mutuel et disposées en des régions espacées le long de l'alésage (13), une première paire des surfaces en contact étant disposée dans un plan incliné par rapport à la longueur de l'alésage (13), et une seconde paire de surfaces en con- tact étant disposée dans un plan qui converge en direction du plan de 14 première paire, la forme et la position des paires de surfaces en contact étant telle qu'en utilisation, un mouvement transversal du premier composant (16), ou de chaque premier composant (16), compense le mouvement axial du second composant.(15), ou des divers seconds composants (15), provoqué par la flexion de l'aube (10) par rapport à la longueur de l'alésage (13), et assure que le premier composant (16), ou chaque premier composant (16), établit un contact par friction avec un ou plusieurs des seconds composants (15) pour amortir la flexion de l'aube (10). 2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'amortisseur comprend un second composant (15) qui est commun à une série de premiers composants (16) espacés le long de l'alésage (13) et chaque premier composant (16) établit le contact avec le second composant (15) en deux régions axialement espacées le long de l'alésage (13). 3. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'amortisseur comprend une série de premiers composants (16) espacés le long de l'alésage (13) et une série de seconds composants (15) interposés entre des premiers composants axialement adjacents. 4. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premier et second composants (15,16) se pré- sentent chacun sous la forme d'un filament flexible allongé enroulé en hélice et s'étendant le long de l'alésage (13), les hélices des deux filaments sont de même pas et enroulées dans le même sens autour de l'axe longitudinal de l'alésage (13), les enroulements d'un filament sont interposés entre les enroulements de l'autre filament, et le premier compo- sant (16) établit un contact avec le second composant (15) Io le long de deux zones espacées axialement et s'étendant hélicoldalement. - 5. Aube selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque second composant est constitué par une bague annulaire, et chaque premier composant (16) est un organe pourvu d'une surface convexe qui est en contact avec deux seconds composants (15) le long de zones de contact s'éten- dant circonférentiellement et la tangente à la surface convexe de la zone de contact forme un angle avec l'axe longitudinal de l'alésage (13). 6. Aube selon la revendication 5., caractérisée en ce que chaque premier composant (16) est constitué par une bille. 7. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le premier composant (16), ou chaque premier composant (16), a une forme en section trans- versale circulaire. 8. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le premier composant (16), ou chaque premier composant (16), a unè forme en section trans- versale triangulaire. 9. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le premier composant (16), ou chaque premier composant (16), a une forme en section transversale trapézoïdale. 10. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le second composant (15), ou chaque second composant (151, a une forme en section transversale circulaire. 11. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le second composant (15), ou chaque second composant (15), a une forme en section trans- versale triangulaire. - 12. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le second composant (15) a une forme en section transversale trapézoïdale. 13. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le premier composant (16), ou chaque premier composant (16), et le second composant (15), ou chaque second composant (15), a une forme en section transversale sensiblement triangulaire, et les premiers et seconds composants (16, 15) sont disposés de manière qu'-une arête des sections- transversales triangulaires pointe alternativement radialement vers l'intérieur et radialement vers l'extérieur par rapport à l'alésage (13), les premiers et seconds composants (16, 15) étant en con- tact les uns avec les autres sur deux côtés de leurs sec- tions transversales triangulaires. 14. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le premier composant (16), ou chaque premier composant (16), et le second composant (15), ou chaque second composant (15), a une forme en section transversale sensiblement trapézoïdale, avec deux côtés convergents, et en ce que le premier et le second composants 3o (16, 15) sont disposés de manière que les côtés convergents de chaque section transversale convergent alternativement en direction d'une position radialement externe et d'une position radialement interne, et en ce que les premiers et seconds composants (16, 15) établissent un contact mutuel sur leurs surfaces de contact convergentes.