Brevet FR2739136A1 — publié le 19970328

AGENCEMENT AMORTISSANT POUR DES AUBES DE ROTOR DESCRIPTION L'invention ressortit à un agencement amortissant pour des aubes montées sur un disque de rotor. Un des problèmes importants à résoudre à la conception des turbomachines est de réduire le plus les vibrations auxquelles les aubes montées sur les rotor sont soumises. De nombreuses solutions ont été proposées, dont les plus nombreuses sont peut-être celles dont le brevet français 2 619 158 donne une illustration: des masselottes sont disposées entre des paires d'aubes voisines, sous des plates-formes jointives de ces aubes, dont le but est de délimiter la veine d'écoulement des gaz. Quand le rotor tourne, la force centrifuge projette les masselottes contre les faces internes des plates-formes et plus précisément à mi- distance des aubes, car les faces internes des plates- formes adjacentes dessinent une voûte. Les vibrations ont pour effet essentiel de déplacer les plates-formes latéralement, ce qui exerce un frottement des plates- formes contre les masselottes, dans lequel l'énergie des vibrations se dissipe. Cependant, en particulier pour les soufflantes destinées aux turbomachines à grand taux de dilution et forte poussée, les procédés actuels de réalisation des aubes de grande dimension, qu'il s'agisse d'aubes creuses ou d'aubes en matériau composite, conduisent à des aubes sans plate-forme. Entre elles, la veine aérodynamique est alors assurée par des platesformes indépendantes, directement solidaires du disque. Les solutions existantes SP 10496 JCI mentionnées ci-dessus pour amortir les vibrations des aubes deviennent alors inapplicables. L'invention a pour objet un agencement amortissant destiné à des aubes de rotor éventuellement dépourvues de plate-forme intégrée. Plus précisément, l'agencement retenu comprend des éléments amortissants fixés au disque et venant s'appuyer sur les échasses. La géométrie de ces éléments est étudiée de façon que la face d'appui d'un élément sur l'échasse et le plan radial passant par le centre de gravité de l'élément soient disposés de part et d'autre du plan radial passant par la fixation de l'élément sur le disque. Dans ces conditions, en rotation, l'action du champ centrifuge exerce un couple de rappel de l'élement vers l'échasse qui se traduit par une force de contact au niveau de la face d'appui de l'élément sur l'échasse. Les déplacements de l'échasse, induits par les vibrations de l'aube, conduisent alors à un phénomène de frottement relatif assurant la dissipation de l'énergie vibratoire de l'aube. Plusieurs réalisations assez différentes peuvent être proposées, dont on fera la description détaillée ci-dessous. Généralement, il est possible d'adapter les éléments amortissants pour leur adjoindre une plate-forme délimitant la veine d'écoulement des gaz, ou pour leur permettre de porter une telle plate- forme sous forme d'un élément séparé. Ces plates-formes remplacent celles qui sont intégrées aux aubes dans les conceptions traditionnelles. L'invention va maintenant être décrite en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif: * la figure 1A représente une première réalisation de l'invention, SP 10496 JCI * la figure lB représente une modification de cette réalisation, * la figure 2A représente une deuxième réalisation de l'invention, * la figure 2B représente une modification de cette réalisation, * les figures 3 et 4 représentent d'autres genres de réalisation de l'invention, * et les figures 5, 6 et 7 représentent des modifications des conceptions des figures 2A, 2B, 3 et 4. Les figures comprennent toutes certains éléments communs, et en particulier un disque 1 de rotor, des alvéoles 2 parallèles et creusés à la surface du disque 1, et des aubes 3 partiellement représentées et dont la portion de base est une échasse 4 terminée par un tenon 5 engagé dans l'alvéole 2. Comme chaque alvéole 2 se resserre autour de l'échasse 4 à la lisière du tenon, qui est plus large, ce dernier est emprisonné dans l'alvéole 2. Dans une première conception de l'invention, l'élément amortissant 10 forme une gaine autour du tenon 5 et des flancs 6 des échasses 4, contre lesquels il se prolonge par deux languettes 11 et 12. Quand les vibrations sont produites, les flancs 6 se déforment devant les languettes 11 et 12. La partie intermédiaire 13 de l'élément amortissant 10, qui unit les languettes 11 et 12 entre elles, gaine le tenon 5 et s'appuie en partie sur la surface de l'alvéole 2. Elle est donc pincée entre le disque 1 et le tenon 5. On a en fait représenté deux variantes de conception analogues sur la même figure: dans la moitié de droite, la languette 11 est continue le long de l'échasse 4, alors que celle 12 de la moitié de SP 10496 JCI gauche est crénelée et discontinue. Les propriétés amortissantes sont analogues, voire améliorées avec la languette discontinue, à cause de sa plus faible rigidité qui pui permet de s'adapter plus facilement à la forme d'aubes 3 galbées. Dans tous les cas, les languettes 11 et 12 comprennent une partie droite 14, prolongeant la partie intermédiaire 13 vers le haut et légèrement séparée du flanc 6, et une lèvre supérieure à l'extrémité de la partie droite 14, de section épaissie et qui repose contre le flanc 6. Cette lèvre supérieure 15 frotte le long du flanc 6 quand la languette 11 ou 12 qui la porte se déforme, ce qui dissipe l'énergie des vibrations en chaleur. La surface de la lèvre supérieure 15 doit être suffisamment lisse, ou du moins exécutée avec précision, pour bien reposer sur le flanc 6, mais le reste de la languette 11 ou 12 peut être fabriqué plus grossièrement. La figure lB représente une variante de réalisation dans laquelle l'élément amortissant est semblable à l'élément 10 (avec des languettes continues 11), si ce n'est que les lèvres 15 sont prolongées en direction opposée à l'aube 3 par une plate-forme 21 faiblement distante d'une autre de l'élément amortissant 20 voisin pour recouvrir aussi bien que possible le disque 1 du rotor et délimiter la veine d'écoulement des gaz, en remplacement des plates-formes intégrées à d'autres catégories d'aubes, situées au même endroit et de même forme. Les éléments amortissants 10 et 20, de même que ceux dont la description suit, peuvent être construits en métal tel que l'acier ou le titane pour résister aux efforts centriuges. Un revêtement métallique ou organique anti- friction pourra être ajouté sur les zones de contact avec l'aube 3, c'est-à- SP 10496 JCI dire sur la lèvre supérieure 15, ou éventuellement sur la surface correspondante de l'aube 2 elle-même. Une autre conception est représentée à la figure 2A, o les éléments amortissants ne s'étendent que sur un des flancs 6 de l'échasse 4. On en trouve donc deux par aubes 3, et, de façon analogue à la figure 1A, on en a représenté de deux types différents qui portent les références 30 (à droite) et 31 (à gauche). C'est qu'ici aussi les languettes, ici respectivement 32 et 33, peuvent être continues ou non le long des flancs 6. Dans tous les cas, la partie intermédiaire 13 est omise et remplacée par une base 34, incurvée de côté pour la dégager de l'échasse 4 et permettre de la loger dans une rainure 35 du disque 1, adjacente à un alvéole 2 et disposée à la lisière de celui-ci, d'un côté de son ouverture. Ici encore, toute la languette 32 ou 33 ne repose pas sur le flanc 6, car la partie droite 36 qui s'étend sur la plus grande partie de la largeur de l'élément amortissant 30 ou 31 est séparée du flanc 6 par un jeu, et seule la lèvre 37 à l'opposé de la base 34 amortit les vibrations en frottant sur le flanc 6. On a représenté sur la figure 2B une modification (référencée 40) de l'élément d'amortissement 30: elle comprend encore un élément de plate-forme 41 semblable par ailleurs à celui (21) de la figure lB et qui possède les mêmes avantages pour canaliser les gaz. Mais comme les éléments amortissants ne sont pas autrement différents des éléments 30, aucune description supplémentaire n'est nécessaire. Une autre conception est représentée à la figure 3: les éléments amortissants 50 ont une forme analogue à ceux (30) de la figure 2A si ce n'est que leur partie droite 36 est remplacée par une partie oblique 51 et que la base d'extrémité ou de montage sur SP 10496 JCI le disque de rotor 1, notée ici 52, est éloignée de l'aube 3 et engagée dans une rainure 53 du disque 1 qui peut être presque à mi-distance d'aubes 3 voisines. Les éléments 50 ne sont guère en contact avec les aubes 3 que par leur lèvre 54 d'extrémité opposée à la base 52. Dans cet aménagement en particulier, on peut ajouter des éléments de plate- forme 55 distincts des éléments d'amortissement 50 mais assemblés à eux et qui s'étendent entre les lèvres 54 de deux éléments d'amortissement 50 consécutifs et tournés l'un vers l'autre: il suffit de pourvoir les lèvres 54 d'une face extérieure 56 oblique, et les plates-formes 55 de rebords courbés 57 vers le disque 1 pour qu'elles soient retenues entre les lèvres 54. Les mêmes avantages de canalisation des gaz et de cohésion de l'assemblage que pour la figure 2B sont obtenus. Et les éléments de plate-forme 55 assurent par les forces contrifuges qu'ils subissent, l'écartement des éléments d'amortissement 50, c'est-à-dire leur pression sur les aubes 3, sans qu'il soit utile de les épaissir par des bourrelets tels que les lèvres 15 ou 37. Les éléments d'amortissement 50 peuvent donc être allégés. Une évolution supplémentaire de cette conception d'éléments amortissants est représentée à la figure 4, o les éléments amortissants, ici 60 et 61, peuvent être décrits avant tout comme la réunion d'une paire d'éléments amortissants de forme analogue à celle des éléments 50 par un pont 62 qui les unit en se raccordant à eux près des languettes 52. Le pont 62 et les languettes 52 forment en vérité le contour d'une gorge 63 s'évasant vers l'intérieur qui est occupée par un tenon 64 de forme complémentaire appartenant au disque 1. Les éléments amortissants 60 et 61 sont alors parfaitement retenus par le disque 1 par le milieu. Ici encore, comme dans d'autres conception, les lèvres 54 SP 10496 JCI peuvent être continues, ce qu'on a représenté sur la moitié de droite des éléments amortissants 60, ou discontinues, ce qu'on a représenté sur la moitié de gauche. Enfin, l'élément amortissant 61 est caractérisé par la présence d'éléments de plate-forme semblables à ceux des figures lB et 2B précédentes, convergeant depuis les lèvres 54. Il a alors une section presque fermée, une mince fente 66 séparant seule les éléments de plate-forme 65. Dans toutes ces réalisations, il est indifférent que les parties de fixation des éléments amortissants au disque 1, ainsi que les aménagements correspondants et éventuels sur celui-ci (tels que les rainures 35 et 53 et le tenon 64) soient continus ou non. Les joints à emboîtement par lesquels les éléments amortissants sont retenus dans les réalisations des figures 2, 3 et 4 ne sont pas les seuls concevables. Un mode de fixation tout aussi intéressant implique l'emploi d'une charnière, comme on le représente aux figures 5, 6 et 7 qui correspondent à des modifications des figures 2, 3 et 4 respectivement. Dans toutes ces réalisations, le disque 1 porte des bossages 70 à midistance des alvéoles 2, dans des percages axiaux desquels des axes 71 sont glissés. Il suffit alors de pourvoir les éléments amortissants 30, , 50 et 60 précédents d'une extrémité de base à oeillet 72 (ou, pour ceux de la dernière catégorie, d'un oeillet central 73) dans lequel un des axes 71 est également glissé pour articuler ces éléments au disque 1. Les éléments amortissants ainsi modifiés pourront recevoir des modifications de forme pour assurer que le moment de rotation qui leur est appliqué SP 10496 JCI par les forces centrifuges presse toujours leur surface de frottement contre le flanc 6 de l'aube 3, malgré la transformation de leur liaison au disque 1. SP 10496 JCI REVENDICATIONS 1. Agencement amortissant pour des aubes (3) munies d'échasses (4) terminées par des tenons (5) de fixation engagés dans des alvéoles (2) d'un disque (1) de rotor, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments amortissants (10, 20, 30, 40, 50, 60, 61) liés au disque et comprenant une partie (11, 12, 15, 32, 33, 37, 54) reposant sur les échasses (4). 2. Agencement amortissant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments amortissants (10, 20) sont retenus dans les alvéoles (2), entre le disque (1) et les aubes (3). 3. Agencement amortissant selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments amortissants (10, 20) entourent les tenons de fixation et reposent sur les deux côtés des échasses. 4. Agencement amortissant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments amortissants (30, 40, 50) sont retenus par des bords dans des rainures (35) du disque. 5. Agencement amortissant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments amortissants (50, 60, 61) sont liés au disque sensiblement à mi-distance de paires d'aubes (3) voisines. 6. Agencement amortissant selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments amortissants (60, 61) sont liés par le milieu au disque et s'étendent jusqu'aux aubes (3) des paires. 7. Agencement amortissant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments amortissants sont fixés au disque. 8. Agencement amortissant selon les revendications 5 a 7, caractérisé en ce que les SP 10496 JCI éléments amortissants (60, 62) sont fixés au disque par un système à tenon et gorge (63, 64). 9. Agencement amortissant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les éléments amortissants sont liés au disque par une charnière (70 à 73). 10. Agencement amortissant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les parties des éléments amortissants reposant sur les échasses sont crénelées et discontinues le long des échasses. 11. Agencement amortissant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les aubes (3) sont dépourvues de plate-forme intégrée. 12. Agencement amortissant selon la revendication 11, caractérisé en ce que certains au moins des éléments amortissants comprennent une partie de plate-forme intégrée (21, 41, 65). 13. Agencement amortissant selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments de plate-forme (55) assemblés aux éléments amortissants. 14. Agencement amortissant selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la partie des éléments amortissants qui repose sur les échasses est une partie d'extrémité libre. SP 10496 JCI