Brevet FR2888876A1 — publié le 20070126

DISPOSITIF D'AMORTISSEMENT DES VIBRATIONS D'UN ROTOR DANS UNE TURBOMACHINE L'invention concerne un dispositif d'amortissement des vibrations d'un rotor, en particulier d'une turbomachine tel qu'un turboréacteur d'avion, ce dispositif comprenant un jonc d'amortissement formé d'un anneau fendu qui est monté précontraint dans une gorge annulaire du rotor. Cet anneau fendu exerce, du fait de sa précontrainte, une pression sur le fond de la gorge du rotor. Les vibrations du rotor en fonctionnement provoquent des micro-mouvements de l'anneau fendu dans la gorge annulaire du rotor, qui se traduisent par des frottements dissipant au moins en partie l'énergie des vibrations et les amortissant donc au moins partiellement. La gorge annulaire dans laquelle est monté l'anneau fendu est en général ouverte en direction de l'axe de rotation et l'anneau fendu à l'état initial sans contrainte a un diamètre extérieur supérieur au diamètre interne de la gorge du rotor. Il est donc resserré sur lui-même pour être monté dans la gorge et exercer une pression sur le fond de celle-ci. Pour que l'amortissement des vibrations soit aussi complet que possible, il importe que la pression exercée par l'anneau fendu dans la gorge soit sensiblement uniforme sur toute l'étendue circonférentielle de la gorge. Il n'est toutefois pas possible de respecter cette condition si l'on utilise un anneau fendu qui a une forme parfaitement circulaire à l'état libre car cet anneau, une fois précontraint et resserré sur lui-même pour être monté dans la gorge, exercera sur le fond de la gorge une pression qui variera sur l'étendue circonférentielle de la gorge. L'invention a notamment pour but d'apporter à ce problème une solution simple, efficace et économique. Elle propose à cet effet un dispositif d'amortissement d'un rotor, en particulier d'une turbomachine, comprenant un jonc d'amortissement formé d'un anneau fendu monté à frottement dans une gorge annulaire du rotor ouverte du côté de l'axe de rotation, caractérisé en ce que, à l'état libre sans contrainte, l'anneau est formé d'une succession d'arcs de cercle ayant des rayons et des centres différents déterminés pour que l'anneau ait une forme parfaitement circulaire quant il est précontraint et resserré sur lui-même avec un diamètre externe égal au diamètre interne de la gorge annulaire. On a constaté que, quant l'anneau à l'état libre sans contrainte est formé d'une succession d'arcs de cercle de rayons et de centres différents correctement déterminés, il peut avoir une forme parfaitement circulaire quant il est resserré sur lui-même au diamètre de la gorge annulaire du rotor, cette forme parfaitement circulaire lui permettant d'exercer une pression uniforme sur le fond de la gorge du rotor. La détermination de ces arcs de cercle et de leurs centres se fait par calcul, en partant d'un anneau circulaire ayant un diamètre externe égal au diamètre interne de la gorge annulaire dans laquelle il doit être monté, et en déformant cet anneau par traction sur ses extrémités pour lui donner un diamètre supérieur. L'anneau fendu selon l'invention est, à l'état libre sans contrainte, formé d'au moins cinq arcs de cercle de rayons et de centres différents qui sont symétriques par rapport à un axe passant par le milieu de la fente de l'anneau et par le milieu de l'arc de cercle diamétralement opposé à cette fente, l'arc de cercle ayant le plus grand rayon étant diamétralement opposé à la fente de l'anneau. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'anneau fendu comprend à l'état libre sans contrainte deux arcs de cercle de grand rayon, chacun diamétralement opposé à une extrémité de l'anneau, ces deux arcs de cercle étant reliés l'un à l'autre à l'une de leurs extrémités. Les centres de ces arcs de cercle de grand rayon sont séparés l'un 30 de l'autre d'une distance faible, qui est approximativement égale à l'intervalle entre les extrémités de l'anneau quand celui-ci est précontraint dans la gorge du rotor. Chacun de ces arcs de cercle de grand rayon est relié par un arc de cercle intermédiaire à un arc de cercle d'extrémité, l'arc de cercle intermédiaire ayant un rayon inférieur à celui de l'arc de cercle de grand rayon et supérieur à celui de l'arc de cercle d'extrémité. L'arc de cercle intermédiaire et l'arc de cercle d'extrémité ont des centres différents. Le centre de l'arc de cercle intermédiaire est sur un rayon de l'arc de cercle de grand rayon et le centre de l'arc de cercle d'extrémité est sur un rayon de l'arc de cercle intermédiaire. Les arcs de cercle de grand rayon ont un angle au centre d'environ 56 à 60 degrés et de préférence d'environ 58 degrés, les arcs de cercle intermédiaire ont un angle au centre d'environ 50 à 52 degrés, et de préférence égal à 51 degrés environ, et les arcs de cercle d'extrémité ont un angle au centre d'environ 70 à 72 degrés et de préférence égal à 71 degrés environ. Selon une autre caractéristique de l'invention, les extrémités de l'anneau fendu comportent chacune un orifice d'accrochage d'un outil de montage et de démontage dans la gorge du rotor. De plus, ces extrémités peuvent chacune comporter un chanfrein sur leur surface radialement extérieure, de façon à ne pas détériorer la surface du fond de la gorge du rotor lorsque l'anneau fendu est monté dans cette gorge et effectue des micro-déplacements dans celle-ci. Avantageusement, l'anneau comporte, au moins sur sa surface en 25 contact avec le fond de la gorge du rotor, un revêtement anti-usure, tel par exemple qu'un alliage à base de cobalt et de nickel. L'invention propose également un disque aubagé, en particulier de turboréacteur, comprenant au moins un dispositif d'amortissement des vibrations du type décrit ci-dessus. L'invention concerne encore un rotor de turbomachine comportant un disque aubagé de ce type, et un compresseur de turbomachine comportant un disque aubagé de ce type. L'invention concerne enfin une turbomachine comportant un 5 dispositif d'amortissement des vibrations du type décrit dans ce qui précède. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un compresseur haute-pression d'un turboréacteur dont le rotor est équipé de joncs d'amortissement des vibrations; la figure 2 est une vue schématique de face d'un jonc 15 d'amortissement selon l'invention, à l'état libre sans contrainte; la figure 3 est une vue de face de ce jonc d'amortissement à l'état précontraint; la figure 4 est une vue partielle en coupe, à plus grande échelle des extrémités de ce jonc d'amortissement. En figure 1, les références 10 et 12 désignent deux disques aubagés monobloc d'un compresseur haute-pression d'un turboréacteur, ces deux disques étant solidaires en rotation l'un de l'autre et entraînés en rotation par un arbre non représenté d'axe 14. Des rangées annulaires d'aubes fixes 16 de redressement sont agencées en alternance avec les disques aubagés monoblocs 10 et 12. Ces disques portent des joncs 18 d'amortissement des vibrations qui sont montés dans des gorges annulaires des plate-formes 20 des disques 10, 12 et des parois cylindriques 22 portées par les disques et délimitant intérieurement la veine d'écoulement de gaz dans le compresseur. Les gorges de montage des joncs 18 sont ouvertes radialement vers l'intérieur, en direction de l'axe de rotation 14 et les joncs 18 sont resserrés sur eux-mêmes et précontraints élastiquement pour être montés à l'intérieur des gorges et exercer une pression sur le fond de ces gorges. Un jonc 18 selon l'invention a été représenté à l'état libre sans contrainte en figure 2 et à l'état contraint en figure 3. Ce jonc est un anneau métallique fendu formé d'un fil à section circulaire et dont les extrémités 24 sont assez largement écartées l'une de l'autre lorsque le jonc est à l'état libre sans contrainte et sont très rapprochées l'une de l'autre lorsque le jonc est contraint et monté dans la gorge du rotor, sans toutefois que ces extrémités libres 24 puissent venir au contact l'une de l'autre ou en appui l'une sur l'autre en fonctionnement. Pour que le jonc 18 ait une forme parfaitement circulaire quand il est contraint et resserré sur lui-même au diamètre de la gorge annulaire dans laquelle il doit être monté, il est, à l'état libre sans contrainte formé de six arcs de cercle qui sont symétriques les uns des autres par rapport à un axe 26 passant par le milieu de la fente du jonc (le milieu de l'intervalle entre les extrémités 24) et par le point diamétralement opposé du jonc, ces arcs de cercle comprenant, de part et d'autre de l'axe 26, un arc de cercle 28 de grand rayon, un arc de cercle intermédiaire 30 de rayon intermédiaire et un arc de cercle d'extrémité 32 de plus petit rayon, les arcs de cercle 28, 30 et 32 ayant des centres différents Cl, C2 et C3 respectivement. Comme on le voit sur la figure 2, les centres Cl des deux arcs de cercle 28 de grand rayon, sont très proches l'un de l'autre et symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe 26. Les deux arcs de cercle 28 sont reliés l'un à l'autre par une de leurs extrémités qui se trouve sensiblement sur l'axe 26 et sont reliés par leur autre extrémité à une extrémité des arcs de cercle intermédiaires 30. Le centre C2 de chaque arc de cercle intermédiaire 30 se trouve sur un rayon RI de l'arc de cercle 28. L'autre extrémité de l'arc de cercle intermédiaire 30 est reliée à une 30 extrémité de l'arc de cercle d'extrémité 32 dont l'autre extrémité forme l'extrémité 24 de l'anneau fendu. Le centre C3 de l'arc de cercle d'extrémité se trouve sur un rayon R2 de l'arc de cercle intermédiaire 30. Les angles au centre des arcs de cercle 28 sont compris entre 56 et degrés environ, et de préférence sont égaux à 58 degrés environ. Les angles au centre des arcs de cercle intermédiaires 30 sont compris entre 50 et 52 degrés et sont de préférence égaux à 51 degrés environ. Les angles au centre des arcs de cercle d'extrémité sont égaux à la différence entre 180 degrés et la somme des angles au centre des arcs de 10 cercle 28 et 30. Lorsque le jonc 18 de la figure 2 est contraint et resserré sur lui-même comme représenté en figure 3, ses extrémités 24 étant rapprochées et distantes l'une de l'autre de quelques millimètres, la forme du jonc est parfaitement circulaire, de telle sorte que, lorsqu'il est monté dans une gorge annulaire dont le diamètre interne est égal au diamètre externe du jonc 18 représenté en figure 3, la pression exercée par le jonc sur le fond de la gorge annulaire est sensiblement constante sur toute la circonférence de la gorge annulaire. Dans un exemple de réalisation, le jonc est formé d'un fil métallique ayant un diamètre d'environ 5 mm, et, quand il est à l'état libre sans contrainte comme représenté en Figure 2, le rayon extérieur des arcs de cercle 28 est d'environ 191 millimètres, celui des arcs de cercle intermédiaires 30 est d'environ 178 millimètres et celui des arcs de cercle d'extrémité 32 est d'environ 171 millimètres. Lorsque ce jonc est contraint et resserré sur lui-même comme représenté en figure 3, le rayon de sa surface externe est d'environ 169 millimètres. En variante, les deux arcs de cercle 28 de grand rayon pourraient être formés d'un arc de cercle unique centré sur l'axe 26. De préférence, les extrémités 24 du jonc 18 comportent chacune un 30 trou 34, par exemple radial, d'accrochage d'un outil permettant de resserrer le jonc sur lui-même pour son montage dans la gorge annulaire du rotor et pour son démontage. Pour éviter d'endommager la gorge dans laquelle le jonc est monté, les extrémités 24 de ce jonc peuvent être chanfreinées sur leur surface 5 radialement externe, comme représenté en 36. De plus, un revêtement anti-usure 38, tel par exemple qu'un alliage à base de cobalt et de nickel, peut être déposé sur la surface radialement externe du jonc 18 pour réduire les risques de blocage du jonc dans la gorge annulaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'amortissement des vibrations d'un rotor, en particulier d'une turbomachine, comprenant un jonc d'amortissement (18) formé d'un anneau fendu monté précontraint dans une gorge annulaire du rotor ouverte du côté de l'axe de rotation (14), caractérisé en ce que, à l'état libre sans contrainte, l'anneau fendu est formé d'une succession d'arcs de cercle (28), (30), (32) ayant des rayons et des centres différents déterminés pour que l'anneau à l'état contraint au diamètre de la gorge ait une forme parfaitement circulaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'état libre sans contrainte, l'anneau fendu est formé d'au moins cinq arcs de cercle de rayons et de centres différents qui sont symétriques par rapport à un axe (26) passant par le milieu de la fente de l'anneau et par le milieu de l'arc de cercle diamétralement opposé à la fente. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'arc de cercle (28) ayant le plus grand rayon est diamétralement opposé à la fente de l'anneau. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, à l'état libre sans contrainte, l'anneau fendu comprend deux arcs de cercle (28) de grand rayon chacun diamétralement opposé à une extrémité (24) de l'anneau, ces deux arcs de cercle étant reliés l'un à l'autre à l'une de leurs extrémités. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les centres Cl des arcs de cercle de grand rayon sont séparés l'un de l'autre d'une distance faible, approximativement égale à l'intervalle entre les extrémités (24) de l'anneau à l'état contraint. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que chaque arc de cercle (28) de grand rayon est relié par un arc de cercle 30 intermédiaire (30) à un arc de cercle d'extrémité (32), l'arc de cercle intermédiaire (30) ayant un rayon inférieur à celui de l'arc de cercle (28) de grand rayon et supérieur à celui de l'arc de cercle d'extrémité (32). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arc de cercle intermédiaire (30) et l'arc de cercle d'extrémité (32) ont des centres C2 et C3 différents. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le centre C2 de l'arc de cercle intermédiaire (30) est sur un rayon de l'arc de cercle (28) de grand rayon et le centre C3 de l'arc de cercle d'extrémité (32) est sur un rayon de l'arc de cercle intermédiaire (30). 9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les arcs de cercle de grand rayon ont un angle au centre d'environ 56 à 60 degrés, et par exemple égal à 58 degrés environ. 10. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que les arcs de cercle intermédiaires ont un angle au centre d'environ 15 50 à 52 degrés et par exemple de 51 degrés environ. 11. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que les arcs de cercle d'extrémité (32) ont un angle au centre d'environ 70 à 72 degrés et par exemple d'environ 71 degrés. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités (24) de l'anneau comportent chacune un orifice (34) d'accrochage d'un outil de montage et de démontage dans la gorge du rotor. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités (24) de l'anneau comportent chacune 25 un chanfrein (36) sur leur surface radialement extérieure. 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau comporte un revêtement (38) anti-usure, tel par exemple qu'un alliage à base de cobalt et de nickel. 15. Disque aubagé, en particulier de turboréacteur, caractérisé en 30 ce qu'il comprend au moins un dispositif d'amortissement des vibrations selon l'une des revendications précédentes. 16. Rotor de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte un disque aubagé selon la revendication 15. 17. Compresseur de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte un disque aubagé selon la revendication 15. 18. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'amortissement des vibrations selon l'une des revendications 1 à 14.