Brevet FR2929639A1 — publié le 20091009

Pale de rotor La présente invention a pour objet une pale de rotor pour turbine et compresseur. L'invention vise plus particulièrement à perfectionner les pales de rotor non carénées et amorties. Dans les dispositifs à pales associés à des rotors, il est connu de réduire la fatigue de la pale en limitant les vibrations de la pale ou les phénomènes de résonnance. Dans de nombreux cas, les effets du mouvement de vibration de la pale sont atténués en utilisant des carénages qui altèrent les caractéristiques des fréquences de vibration de la pale. II existe de nombreuses structures de carénage de pales, mais au cours de ces dernières années, il a été imaginé de supprimer le carénage de pales pour réduire le poids de l'assemblage du rotor, et d'exercer une fonction d'amortissement par friction sur la plateforme de la pale. L'amortissement bas de la plateforme est une méthode par laquelle les effets vibratoires de la pale sont amortis dans des ensembles de rotors sans carénage. Dans ce cas, un élément amortisseur mobile est positionné sur la face inférieure de la plateforme de la pale. L'amortisseur vient en contact opérationnel avec la face inférieure de la plateforme lorsque le rotor tourne et crée un effet d'amortissement par friction à l'interface de la plateforme lorsque les pales vibrent. Un problème existant avec cette méthode et d'autres méthodes d'amortissement de la plateforme est que, afin de créer un amortissement effectif, l'embase de pale doit être suffisamment flexible pour permettre des amplitudes vibratoires relativement élevées de la plateforme, tout en étant suffisamment rigide pour supporter les charges opérationnelles agissant sur la plateforme. Avec les pales modernes à haute performance, il est devenu usuel de munir l'embase de pale avec une partie étendue de corps, et d'obtenir la flexibilité nécessaire du corps en dimensionnant la hauteur de l'envergure du corps suivant le degré souhaité de mouvement de la plateforme. Cette approche est préférée dans la mesure où elle permet d'augmenter la flexibilité de l'embase pour des applications déterminées indépendamment d'une réduction de section correspondante du corps, ou d'une augmentation de la longueur axiale. Le désavantage d'une telle solution est toutefois que l'augmentation de la longueur du corps augmente sensiblement le poids de la pale. Un premier but de l'invention est de fournir une pale de turbine possédant une partie d'embase flexible qui évite les inconvénients ci-dessus. Un second but est de fourni une pale de turbine qui possède une partie d'embase conformée de telle sorte qu'elle améliore la capacité d'amortissement de la pale. A cet effet, la présente invention concerne une pale pour une turbomachine comprenant une partie profilée aérodynamique, une partie formant embase et une plateforme logée entre la partie profilée aérodynamique et la partie formant embase, la plateforme étant divisée et l'embase étant partiellement divisée par au moins une fente s'étendant entre des flancs opposés de la pale, la fente s'étendant depuis le côté de la plateforme situé du côté de la partie profilée aérodynamique et se terminant à l'intérieur de l'embase, de telle sorte que des parties adjacentes de l'embase supportent des parties adjacentes de la plateforme. De préférence, l'embase comprend une partie de fixation de la pale et un corps disposé entre la partie de fixation de la pale et la plateforme et la fente s'étend en direction de la partie de fixation de la pale pour délimiter de l'un de ses côtés une première partie de corps ou corps primaire pour supporter la partie profilée et une partie de plateforme associée, et de l'autre côté, une autre partie de corps ou corps secondaire pour supporter, de façon indépendante une partie de plateforme adjacente. Les bords de la plateforme de chaque côté de la fente, peuvent venir en contact mutuel pour fournir des surfaces de contact pour amortir les vibrations de la pale. Également, les parties de corps peuvent être adaptées pour que la force centrifuge agissant sur eux provoque la mise en contact des surfaces correspondantes des parties de plateforme. Avantageusement, la seconde partie du corps ou corps secondaire est inclinée par rapport à la première partie de corps ou corps primaire et s'étend entre la partie de fixation de la pale de l'embase et la partie centrale de la partie de plateforme qu'elle supporte. De préférence, le corps secondaire ou seconde partie du corps possède une résistance élastique supérieure à celle de la première partie de corps ou corps primaire dans le plan des surfaces de contact, et possède une résistance élastique inférieure à celle du corps primaire dans un plan perpendiculaire au plan des surfaces de contact. En outre, des cales peuvent être logées le long des surfaces de contact disposées de part et d'autre de chaque fente. L'invention est décrite ci-après plus en détails, à titre d'exemple seulement, en référence au dessin schématique annexé dans lequel : Figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble de rotor de turbine ayant une pale de turbine selon la présente invention ; Figure 2 est une vue partielle de côté de la pale de turbine de figure 1 ; Figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 1-1 de figure 2 ; Figure 4 est une vue partielle, d'extrémité dans la direction de la flèche A de figure 2 ; Figure 5 est une vue partielle, en coupe selon la ligne 2-2 de figure 2. Si l'on se réfère tout d'abord à la figure 1, une pale de turbine non carénée selon l'invention est désignée par la référence 10 et fixée à la périphérie d'un disque d'un ensemble de rotor de turbine. La pale 10 possède une structure générale conventionnelle, comprenant une embase 14, une partie profilée aérodynamique 16, et une plateforme 18 disposée entre la partie 14 de l'embase et la partie 16 profilée aérodynamique. L'embase 14 comprend une zone de fixation 20 constituée par une lame conformée pour permettre un emmanchement de type sapin traditionnel, permettant de loger la lame dans une fente axiale 22 ménagée de façon correspondante dans la péréphérie du disque ; l'embase comporte également un corps 24 disposé entre la partie 20 de fixation de la pale et la plateforme 18. La plateforme s'étend à la fois en avant et en arrière de la partie profilée aérodynamique 16 pour fournir à la périphérie du disque une délimitation étendue du flux, ainsi que des surfaces 26 et 28 aux extrémités axiales de la plateforme, dans les zones d'interface de jonction avant et arrière de cette plateformè. Selon l'invention, la plateforme est divisée par une paire de fentes 30 et 32 espacées axialement qui s'étendent parallèlement l'une à l'autre entre des flancs 34 et 36 opposés de la pale. Les fentes s'étendent dans des plans perpendiculaires à l'axe principal du rotor (non représenté) , pour diviser axialement la plateforme et founir une paire de surfaces 38 et 40 se faisant face axialement, dans chaque zone d'une fente. Les fentes peuvent définir un espace entre les surfaces 38 et 40 en vis-à-vis, ou alternativement les surfaces peuvent être en contact mutuel. Suivant une autre variante, et tel que montré à la figure 2, les surfaces 38 et 40 peuvent être munies de cales 41 qui s'étendent au moins sur une partie de leur longueur. Cette structure sera expliquée plus loin. Comme mieux montré à la figure 2, les fentes divisent la plateforme en trois parties axiales adjacentes 18a, 18b et 18c. La fente avant 30 divise la plateforme immédiatement en avant du bord d'attaque 42 de la partie profilée, pour séparer la partie 18a avant de la plateforme de la partie profilée. De façon similaire, la fente arrière 32 divise la plateforme immédiatement en arrière du bord de fuite 44 de la partie profilée pour séparer la partie arrière 18c de la plateforme vis-à-vis de la partie profilée. Les fentes se prolongent à l'intérieur de la partie 14 formant embase au niveau de laquelle elles divisent le corps 24 en trois parties adjacentes correspondantes axialement, respectivement 24a, 24b et 24c. Chaque partie du corps s'étend à partir de la partie de fixation de l'embase pour supporter respectivement l'une des parties de la plateforme en un emplacement éloigné de la périphérie du disque. Les parties avant 18a et arrière 18c de la plateforme sont supportées indépendamment de la partie centrale 18b par des parties avant et arrière du corps respectivement 24a et 24c, et de façon similaire la partie centrale 18b de la plateforme est supportée indépendamment des prolongements avant et arrière de la plateforme par la partie centrale 24b du corps. La partie centrale 24b s'étend dans une direction générale d'envergure, en alignement avec les bords d'attaque 42 et de fuite 44, et supporte la partie centrale 18b de la plateforme sensiblement selon sa longueur. Par comparaison, les parties avant et arrière 24a et 24c du corps s'étendent d'une façon générale inclinée par rapport à la partie centrale 24b du corps, et supportent les parties avant 18a et arrière 18c de la plateforme en un seul point de leur longueur. Les parties avant et arrière 24a et 24c du corps sont chacune reliées par leurs extrémités distales au centre de la partie de plateforme qu'elles supportent, afin de réduire à un minimum les porte-à-faux de la plateforme, comme indiqué par les références 46 et 48 à la figure 2. Comme montré maintenant à la figure 3, chaque partie de corps possède une section d'envergure générale rectangulaire, définie par une dimension x dans la direction axiale de la pale, et une dimension y dans la direction des surfaces en vis-à-vis 38 et 40 de la plateforme. La surface de section de chaque corps est déterminée en fonction de la nature du matériau constitutif de la pale, et de la charge opérationnelle qu'elle a à supporter. La surface de section de la partie centrale ou primaire 24b du corps supportant la charge est supérieure à celle des parties secondaires avant et arrière 24a, 24c, du fait qu'elle supporte en fonctionnement une proportion relativement plus importante de la charge centrifuge de la pale. Comme illustré, la partie centrale 24 b est dimensionnée de telle sorte que la dimension x est plus importante que la dimension y, de telle sorte que le couple de la surface de section par rapport à l'axe neutre Y-Y est supérieur au couple de la surface de section par rapport à l'axe neutre X-X. Les parties avant et arrière 24a et 24b du corps sont, au contraire, dimensionnées de telle sorte que la dimension y est supérieure à la dimension x, d'où il résulte que le couple de la surface considérée est plus important par rapport à l'axe X-X que par rapport à l'axe Y-Y. De plus, la partie centrale 24b du corps a un couple de surface et par suite une résistance à la flexion, relativement à son axe Y-Y qui est supérieur à celui des parties 24a et 24c. De façon similaire, la partie centrale du corps possède un couple de surface et par suite une résistance à la flexion par rapport à son axe X-X qui est inférieur à celui des parties 24a et 24c du corps. Comme montré à la figure 4, la partie avant 24a du corps est effilée vers l'intérieur à partir de l'extrémité distale 50 en direction de son extrémité proximale 52. Une partie de transition disposée à l'extrémité proximale du corps réduit encore la largeur. La largeur du corps est réduite jusqu'à la valeur de la partie de fixation de la lame par des rayons internes formés à l'extrémité distale du corps. La transition est telle que la partie avant 24a du corps devient assimilable avec la partie de fixation conformée en emmanchement de sapin, à un point dans la zone d'extrémité de la fente 30. La géàmétrie de la partie arrière 24c du corps est identique. Au contraire, la largeur de la partie centrale 24b du corps, représentée à la figure 5, demeure à peu près constante sur toute l'extension d'envergure du corps. La seule variation intervient à l'extrémité proximale du corps où la largeur est augmentée à la valeur de la partie de fixation de la lame par des zones courbées avec des rayons 58 vers l'extérieur. Comme il peut être déduit des lignes pointillées de la figure 4, la largeur de la partie centrale 24b du corps est inférieure à celle des parties périphériques 24a et 24c, en tout point de la pale. Il doit être apprécié qu'en séparant la plateforme et le corps de la lame de la façon qui vient d'être décrite, la résistance à la flexion du corps est réduite, non pas partout, mais dans la mesure où les parties avant et arrière du corps ne contribuent plus à la résistance à la flexion de la partie centrale qui supporte la partie profilée aérodynamique en porte-à-faux. Il doit être reconnu de ce fait que cette réduction de la résistance se traduit par une augmentation de la flexibilité du corps et peut de ce fait être appliquée à des lames de rotor amorties, à plateforme, du type décrit, soit pour augmenter la latitude de mouvement de la plateforme dans un but d'amortissement, soit pour maintenir le même niveau de flexibilité du corps, tout en réduisant l'extension générale du corps et par suite le poids de la pale. Considérant maintenant les forces opérationnelles agissant sur la pale, il doit être reconnu qu'un amortissement additionnel de la plateforme résulte de l'interaction des surfaces 38 et 40 de la plateforme dans les zones de fentes. En fonctionnement, la charge centrifuge générée par les prolongements avant et arrière du corps et de la plateforme agissent pour faire entrer en contact chaque surface 40 avec la surface correspondante 38 de la partie centrale de la plateforme. Lorsqu'elles sont en contact, les surfaces agissent pour amortir tout mouvement relatif des parties adjacentes de la plateforme résultant de la flexion de la pale. REVENDICATIONS1. Pale pour une turbomachine comprenant une partie (16) profilée aérodynamique, une partie (14) formant embase et une plateforme (18) disposée entre la partie (16) profilée aérodynamique et l'embase (14), caractérisée en ce que la plateforme (18) est divisée et l'embase (14) est partiellement divisée par au moins une fente (30, 32) s'étendant entre des flancs (34) opposés de la pale, chaque fente s'étendant à partir du côté de la partie profilée de la plateforme et se terminant à l'intérieur de l'embase, de telle sorte que des parties adjacentes (24a, 24b, 24c) de l'embase supportent des parties adjacentes (18a, 18b, 18c) de la plateforme. 2. Pale selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'embase (14) comprend une partie (20) de fixation de la pale et un corps (24) disposé entre la partie (20) de fixation de la pale et la plateforme (18), et en ce que chaque fente (30, 32) s'étend en direction de la partie de fixation (20) de la pale pour délimiter, de l'un de ses côtés, une première partie, ou partie principale de corps (24b) pour supporter la partie aérodynamique et une partie (18b) de section de plateforme associée, et de l'autre côté une partie secondaire (24a, 24c) de corps destinée à supporter une partie de plateforme correspondante (18a, 18c). 3. Pale selon la revendication 2, caractérisée en ce que les bords (38,40) de la plateforme disposés de chaque côté de la fente (30, 32) sont conformés pour venir en contact mutuel par leurs surfaces en regard pour amortir les vibrations de la pale. 4. Pale selon la revendication 3, caractérisée en ce que les parties adjacentes de corps (24a, 24b, 24c ) sont conformées pour que, en utilisation, la charge centrifuge agissant sur les parties de corps provoque la mise en contact des surfaces en vis-à-vis (38, 40) des parties de plateforme (18a, 18b, 18c). 5. Pale selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque partie secondaire de corps (24a, 24c) est inclinée par rapport à la partie principale de corps (24b). 6. Pale selon la revendication 5, caractérisée en ce que la partie secondaire de corps (24a, 24c) s'étend entre la partie de fixation de la pale de l'embase, et la partie centrale de la partie de plateforme (18a, 18c) qu'elle supporte. 7. Pale selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie secondaire de corps (24a, 24c) possède une résistance élastique supérieure à celle de la partie principale de corps (24b) dans le plan des surfaces de contact (38, 40). 8. Pale selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie secondaire de corps (24a, 24c) possède une résistance élastique inférieure à celle de la partie primaire de corps (24b) dans un plan perpendiculaire au plan des sufaces de contact (38, 40). 9. Pale selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisée en ce que des 10 cales (41) sont disposées le long des surfaces de contact de chaque fente (30, 32). 10. Pale selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'une première fente (30) est disposée du côté du bord d'attaque de la pale et une seconde fente (32) est disposée du côté du bord de fuite de la pale.