Brevet FR2518164A1 — publié le 19830617

-1 La présente invention concerne un amortisseur de vibrations pale à pale pour les moteurs rotatifs à flux axial et spécifiquement concerne un amortissement de l'énergie vibratoire dans les pales de telles machines. Les principes de l'invention ont été développés dans l'industrie des moteurs à turbine à gaz pour être appliqués à la section de turbine d'un tel moteur mais ils ont des possibilités d'applications plus larges dans d'autres domaines industriels. Dans un assemblage de rotor typique d'une turbine à flux axial, une pluralité de pales de rotor s'étendent vers l'extérieur à partir d'un disque à structure en forme de tambour Les pales s'étendent au travers d'un parcours annulaire pour le milieu de travail, et dans les modes de réalisation des turbines, extraient l'énergie des gaz du milieu de travail passant au travers des pales. Chacune des pales est constituée d'une section aérodynami- que s'étendant dans le parcours des gaz, une section d'emplanture verrouillée dans le disque ou tambour et une section de plate-forme définissant la limite interne du parcours du milieu de travail. La série de pales de rotor passant au travers de perturbations aérodynamiques locales dans le parcours du milieu de travail exerce des forces alternativement croissantes et décroissantes sur les pales Cette varia- tion de la caractéristique de forces induit une déformatbn de la pale et crée une contrainte sur la matière de la pale Si la fréquence selon laquelle la caractéristique des forces varie, coïncide avec la fréquence naturelle de la pale, il se produit unt phénomène de résonance; les amplitudes des déformations sont renforcées et des dommages dus aux vibrations ont tendance à en résulter. Le phénomène vibratoire et la nécessité de résoudre de tels problèmes dans des machines rotatives ont été reconnus depuis longtemps Les brevets US numéro 3 112 915,l 3 266 770, 3 610 778, 3 666 376, 3 709 631, 3 751 183, 3 887 298, 4 101 245, 4 182 598, et le brevet du Royaume-Uni No 1 259 750 sont des exemples de solutions connues aux problèmes des vibrations des pales du rotor. -2- Ces spécialistes en la matière comprendront aisément à la lecture de la description suivante que les principes de la présente invention s'écartent du point de vue structure et fonction de ceux précédemment mis en oeuvre dans l'industrie. Selon la présente invention, un joint de plate-forme déposé entre des pales adjacentes de rotor d'un moteur à turbine à gaz subit une déformation sous l'effet de con- traintes actives pour porter contre un dispositif amor- tisseur de vibrations pale à pale, disposé à l'extérieur par rapport à ce joint. Une caractéristique principale de la présente inven- tion est le rapport actif existant entre l'amortisseur de vibrations disposé en-dessous de la plate-forme d'une paire de pales adjacentes et le joint de plate-forme flexible disposé à l'intérieur par rapport à cet amortis- seur A l'état installé, chaque amortisseur est enfermé en-dessous des plates-formes des pales adjacentes dans une cavité limitée à son extrémité radialement interne par le joint flexible En fonctionnement, l'amortisseur est pressé vers l'extérieur par les forces centrifuges contre les parties inférieures des plate-formes des pales adjacentes, le joint flexible est déformé contre le côté de l'amortisseur orienté vers l'intérieur. Les principaux avantages'de la présente invention sont une capacité d'étanchement efficace et une bonne capacité d'absorption des vibrations Des avantages supplémentaires sont l'économie et la facilité de fabri- cation du joint et des éléments de l'amortisseur Une étanchéité efficace est obtenue étant donné que le joint fléchit en réponse aux forces centrifuges par lesquelles le joint se conforme à la géométrie de la plate-forme de i la pale La capacité d'absorption des vibrations de - l'amortisseur est accrue étant donné que la partie centrale' du joint porte contre l'amortisseur sous l'effet de telles forces L'énergie de la pale est par conséquent dissipée grâce au mouvement relatif entre les pales et l'amortisseur et au mouvement relatif entre le joint et 3 l'amortisseur'dans la zone de contact. -3- Pour que l'invention puisse Etre mieux comprise, référence est faite aux figures suivantes o: La figure 1 est une vue en coupe prise au travers d'un assemblage de rotor de turbine d'un moteur à turbine à gaz; la figure 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne 2-2 comme il est montré dans la figure 1;-et la figure 3 est une vue en perspective éclatée montrant l'amortisseur et b joint. Le mode de réalisation préféré pour la mise en oeuvre de l'invention est décrit en rapport avec une application à un moteur à turbine à gaz La figure 1 représente une vue en coupe prise au travers de l'assemblage 10 de disque et de pales d'un tel moteur L'assemblage de disque et de pales comprend principalement un disque de rotor 14 et une pluralité de pales de rotor, représentées par une pale J unique 16, s'étendant vers l'extérieur à partir de ce dis-1 que. Chaque pale de rotor 16 comprend une section aérody- namique 18, une section de plate-forme 20, et une section d'emplanture 22 Les sections aérodynamiques s'étendent radialement dans l'assemblage dans un parcours axial des gaz du milieu de travail Chaque section de plateforme forme une partie de la paroi interne du parcours des gaz du milieu de travail Chaque section d'emplanture est engagée à la périphérie du disque, dans une fente 24 de forme correspondante, maintenant radialement la pale sur l'assemblage 10 Une plaque latérale 26 frontale et une plaque btérale 28 arrière maintiennent axialement la pale sur l'assemblage de rotor et sont fixées au disque au moyen d'un dispositif tel qu'un rivet 30 La section d'emplanture de la pale comprend un col 32 élévant la pale au-dessus du disque vers le parcours du gaz des milieux de travail. La section de plate-forme définit une partie de la paroi interne du parcours des gaz du milieu de travail Une cavité 34 est formée au-dessus de la ceinture 36 du disque entre les zones des cols des pales adjacentes. Les pales de rotor sont typiquement refroidies et comportent une partie creuse s'étendant à l'intérieur de la 4 - pale à partir de la section d'emplanture et dans la section aérodynamique pour le passage de l'air de refroi- dissement à travers la pale L'air de refroidissement est fourni à la section d'emplanture via un conduit o orifice 38 dans le disque Une partie de l'air de refroidissement fuit à la fois radialement et axialement au travers de l'interface entre la section d'emplanture de la pale et la fente correspondante du disque et dans la cavité 34 Un joint 42 en forme de plaque, fabriqué en une feuille métallique flexible est disposé au travers de l'espace 44 entre les pales de rotor adjacentes et repose sur des saillies 46 disposées axialement Les saillies 46 peuvent être vues plus clairement dans la figure 2 La fonction de la plaque 42 consiste à rendre étanche l'extrémité externe de la cavité 34 Une ou plu- sieurs pattes 48 s'étendent à partir de la pale par-dessus la plaque 42 pour enfermer la plaque à proximité des saillies 46 Les saillies 46 s'étendant à partir des pales définissent une seconde cavité 50 à l'extérieur de la pla 4 que 42 et en-dessous des sections de platesformes 20 dest pales Un dispositif amortisseur de vibrations 52 est disposé dans la cavité 50 et est capable de porter simul- tanément contre les côtés inférieurs des plates-formes de deux pales adjacentes. Pendant le fonctionnement du moteur dans lequel l'amortisseur 52 et la plaque 42 sont installés,' des for- ces centrifuges pressent à la fois l'amortisseur et la plaque vers l'extérieur sur l'assemblage 10 de rotor. L'amortisseur en vient a porter contre le côté inférieur des sections de plates-formes 20 des pales et la plaque 42 porte contre les saillies 46 La partie centrale 56 de la plaque 42 se fléchit contre l'amortisseur retenu. Une plaque ayant une épaisseur de 0,76 mm avec une portée S de l'ordre de 7,62 10,16 mm a une flexibilité suffi- sante On s'attend à une déviation de l'ordre de 0,50 à 0,76 mm L'écartement entre le joint et l'amortisseur est par conséquent inférieur à la déviation espérée de sorte que le joint est capable de porter contre l'amortis seur La vibration dans la pale de rotor se manifeste -5- d'ellemême dans la région des plates-formes lors du mouvement circonférentiel des plates-formes L'énergie provoquant un tel mouvement est dissipée par contact de frottement de l'amortisseur avec les deux plates-formes et, colatéralement, par contact de frottement de l'amortis- seur avec la plaque déformée 42 Le joint déformé portant contre l'amortisseur augmente la capacité de dissipation de l'énergie de l'amortisseur La position déformée de la plaque pendant le fonctionnement est représentée par un trait interrompu dans la figure 2. On peut fabriquer l'amortisseur 52 par des techniques de moulage, sans usinage de finition Similairement, la plaque 42 est susceptible d'être aisément fabriquée, en se fiant à la déformation pour effectuer une conformité avec les saillies 46 pour rendre l'espace entre les pales adjacentes étanche. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux amortisseurs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. -I I *, 2518164 6 ' -6- Revendications: 1 Dispositif pour amortir l'énergie vibratoire des pales de rotor caractérisé par un amortisseur ( 52) disposé en-dessous des plates-formes ( 20) adjacentes de deux pales ( 16) de rotor et un joint ( 42) en forme de plaque disposée à l'intérieur par rapport à l'amortisseur ( 52) qui est radialement maintenu par les pales ( 16) adja- centes de rotor, o l'écartement de ce joint ( 42) de l'amortisseur ( 52) est suffisamment petit pour que, sous l'effet des forces centrifuges, la partie centrale du joint ( 42) se déforme pour porter contre l'amortisseur ( 52), augmentant ainsi la capacité de dissipation de l'énergie de l'amortisseur ( 52). 2 Assemblage de pales et de disque de machines rotati- ves comprenant un parcours de gaz du milieu de travail disposé axialement au travers de celles-ci, constitué par un disque de rotor ( 14) comprenant une pluralité de fentes ( 24) disposées autour de la périphérie de celui-ci; -une pluralité de pales ( 16) de rotor, comprenant chacune une section d'emplanture ( 22),engagée dans une fente ( 24) correspondante du disque de rotor ( 14), une section de plate-forme ( 20) définissant une partie de la paroi i interne du parcours des gaz du milieu de travail et une section aérodynamique ( 18) s'étendant au travers de ce parcours caractérisé par un amortisseur ( 52) de vibra- tions disposé en-dessous de la plate forme ( 20) de deux pales ( 16) adjacentes de rotor et adapté pour porter conire| les-côtés inférieursdes-sections de plates-formes ( 20) en l réponse à des forces centrifuges pour amortir les vibratbnsl des pales ( 16) du rotor; et un joint flexible ( 42) disposé contre deux pales ( 16) adjacentes de rotor pour empêcher la fuite radiale entr'elles, ce joint ( 42) t étant disposé suffisamment près de cet amortisseur ( 52) pour être capable de se déformer et de porter contré l'amortisseur ( 52) en réponse aux forces centrifuges pour amortir davantage les vibrations des pales ( 16) de rotor