Brevet FR2944049A1 — publié le 20101008

La présente invention concerne le domaine des roues à aubes que l'on trouve notamment mais pas exclusivement dans les turbomachines, telles les turbines à gaz. Par exemple, une telle roue à aubes peut se trouver dans un compresseur, une turbine à haute pression ou bien dans une turbine libre d'une turbine à gaz. La présente invention concerne plus particulièrement une roue à pales comprenant : - une pluralité d'aubes ; - un disque, présentant un axe de rotation, à une périphérie duquel s'étendent les aubes, chacune des aubes ayant une pale. Il est bien connu que lors de leur fonctionnement, notamment au sein d'un turbomoteur, les roues à aubes subissent d'importantes vibrations. Dans certaines circonstances, ces vibrations peuvent être néfastes et entrainer la rupture de certaines pales. En effet, si des phénomènes vibratoires apparaissent au cours desquels la roue entre en résonance, c'est-à-dire si la fréquence des vibrations est égale à la fréquence de résonance de la roue de turbine, cette dernière va présenter une amplitude vibratoire très importante entrainant une fatigue mécanique d'une ou plusieurs pales. Un but de la présente invention est de proposer une roue à aubes présentant une meilleure tolérance aux excitations vibratoires. L'invention atteint son but par le fait que la roue à aubes selon l'invention présente une pluralité de premières aubes et une pluralité de secondes aubes, chacune des pales des premières et secondes aubes présentant une première zone et une seconde zone, et, par le fait que comparée à la première zone des pales des secondes aubes, la première zone de chacune des pales des premières aubes présente une première surépaisseur, tandis que, comparée à la seconde zone des pales des premières aubes, la seconde zone des pales des secondes aubes présente une seconde surépaisseur, grâce à quoi la fréquence de résonance des pales des premières aubes diffère de la fréquence de résonance des pales des secondes aubes. Selon l'invention, les aubes peuvent comporter ou non des pieds de pale pour leur fixation au disque. Autrement dit, sans sortir du cadre de la présente invention, les pales peuvent se présenter sous la forme d'un blisk, connu par ailleurs. Selon l'invention, lesdites première et seconde surépaisseurs sont très fines comparativement à l'épaisseur des pales, de sorte que les pales des premières et secondes aubes sont sensiblement identiques. De préférence mais pas exclusivement, la surépaisseur est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres pour une épaisseur locale de quelques millimètres. Sans sortir du cadre de la présente invention, on peut prévoir plus que deux zones présentant des surépaisseurs. On comprend donc, selon l'invention, que les premières aubes sont sensiblement identiques aux secondes aubes sauf en ce qu'elles présentent des répartitions massiques différentes, en raison des positions différentes des première et seconde surépaisseurs. En d'autres termes, mises à part les surépaisseurs, les premières et secondes aubes sont identiques. Les inventeurs ont constaté que cette différence de conformation des pales permet d'obtenir des pales ayant des fréquences de résonance distinctes. Autrement dit, les pales des premières aubes présentent une première fréquence de résonance distincte de la fréquence de résonance des pales des secondes aubes. L'existence de deux fréquences de résonances distinctes pour les pales permet de modifier la fréquence de résonance propre de la roue à aubes, de sorte que cette dernière soit moins encline à entrer en résonance. Selon l'invention, lesdites surépaisseurs sont fines comparativement à l'épaisseur des pales. De préférence, la surépaisseur est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres pour une épaisseur de quelques millimètres. Au demeurant, selon l'invention, la masse de chacune des premières aubes peut être sensiblement égale ou légèrement différente de celle des secondes aubes, selon l'écart recherché entre les première et seconde fréquences de résonance. Ainsi, grâce à la présente invention, on évite avantageusement le phénomène de flottement au cours duquel les pales présentent des mouvements vibratoires de plus en plus importants, ce phénomène pouvant conduire à l'endommagement de la roue à aubes. Avantageusement, pour chacune des pales des premières aubes, la première zone présente un bossage tandis que la seconde zone présente 5 un renfoncement. De manière préférentielle mais non nécessairement, pour chacune des pales des secondes aubes, la première zone présente un renfoncement, tandis que la seconde zone présente un bossage. De préférence, les bossages et/ou les renfoncements des premières 10 et secondes aubes présentent une géométrie sensiblement elliptique de manière à éviter de perturber l'aérodynamique des pales. De préférence, les bossages (et les renfoncements) présentent une épaisseur (et une profondeur) de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, de préférence entre 2 et 10 dixièmes, de manière à ne pas 15 perturber l'écoulement aérodynamique autour des pales des aubes. En l'espèce, chacune des pales des aubes s'étend longitudinalement entre une première extrémité proche du disque et une seconde extrémité distante du disque. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, pour chacune des aubes, la première zone est située à la première 20 extrémité de la pale, tandis que la seconde zone est située à la seconde extrémité de la pale. Une telle configuration n'est pas exclusive mais présente l'avantage d'offrir deux types d'aubes ayant des fréquences de résonance bien distinctes. La fréquence la plus élevée est préférentiellement au moins 25 10 % supérieure à la fréquence la moins élevée, ce qui permet d'offrir une marge à la stabilité en flottement significativement améliorée. De préférence et de manière classique, chacune des pales présente un intrados et un extrados. De manière particulièrement avantageuse, les premières et 30 secondes zones sont situées sur l'intrados de chacune des pales, ceci afin de ne pas perturber l'écoulement aérodynamique autour des pales et en particulier sur la surface de l'extrados. De manière préférentielle, mais non exclusivement, les premières et secondes aubes sont montées en alternance sur le disque. Autrement dit, 35 on dispose alternativement une première aube, puis une seconde aube, puis une première aube, etc. Sans sortir du cadre de la présente invention, on pourrait également disposer quatre premières aubes puis quatre secondes aubes, etc. Avantageusement, le motif de répartition des pales est adapté au phénomène vibratoire rencontré. De manière préférentielle, les premières et secondes aubes sont arrangées de telle sorte que le centre de gravité de l'ensemble des pales soit située sur l'axe de rotation du disque, afin d'éviter tout balourd additionnel sur la roue. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la géométrie des premières et secondes pales est obtenue à partir de la géométrie d'une même pale de base. Plus précisément, les profils des pales des premières et secondes aubes sont obtenus à partir du profil de la pale de l'aube de base. Pour ce faire, on définit un profil aérodynamique initial unique pour ensuite déterminer les profils aérodynamiques des premières et deuxièmes aubes. Ainsi, chaque première aube est-elle obtenue en épaississant la première extrémité de la pale de l'aube de base tout en amincissant la seconde extrémité de sa pale, tandis que chaque seconde aube est obtenue en épaississant la seconde extrémité de la pale de l'aube de base tout en amincissant la première extrémité de sa pale. Il s'ensuit que les pales des premières et secondes aubes présentent des fréquences de résonances distinctes de celle de la pale de base. La présente invention concerne également une turbomachine, notamment pour un hélicoptère, qui comporte au moins une roue à aubes selon la présente invention. De préférence, la roue à aubes selon l'invention est une roue de compresseur. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, d'un mode de réalisation indiqué à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une roue à aubes selon la présente invention ; et la figure 2 est une vue coupée partielle en perspective montrant deux aubes adjacentes de la roue de la figure 1. Dans l'exemple représenté ici, on a représenté de façon schématique une roue à aubes 10 pour une turbomachine. Bien évidemment, la présente invention n'est pas limitée à cet exemple particulier et peut être appliquée à d'autres types de roues à aubes. La roue à aubes 10 de la figure 1 comporte une pluralité d'aubes 12,14, en l'espèce trente, qui sont montées à la périphérie 16 d'un disque 18. Ce disque 18 est destiné à être entraîné en rotation autour de son axe O par des moyens non représentés ici. Comme on le voit sur cette figure, le disque 18 présente à sa périphérie 16 une pluralité de logements 20 formant des alvéoles dans lesquelles sont montées les aubes 12,14. Pour ce faire, chacune des aubes 12,14 possède un pied d'aube 22,24 en forme de pied de sapin qui est destiné à être engagé dans le logement 20 associé. Un tel montage est bien connu et ne sera pas davantage détaillé ici. Chacune des aubes 12,14 comporte par ailleurs une pale 26,28 présentant un profil aérodynamique défini de manière classique par un intrados I12, I14 et un extrados E12, E14. En outre, chacune des pales 26,28 des aubes 12,14 s'étend longitudinalement entre une première extrémité 26a, 28a proche du disque et en l'espèce du pied d'aube 22,24 et une seconde extrémité 26b,28b qui est distante du disque et en l'espèce du pied 22,24. A l'aide de la figure 1, on comprend que la direction longitudinale des aubes 12,14 correspond ici sensiblement à une direction radiale R du disque 18. En se référant à la figure 2, on voit que chacune des aubes 12, 14 comporte en outre une plateforme 12a, 14a qui s'étend sensiblement orthogonalement par rapport à la direction longitudinale de l'aube 12, 14 entre sa pale 26, 28 et son pied 22, 24. La première extrémité 26a, 28a est donc celle qui est située à proximité de la plateforme 12a, 14a. Conformément à la présente invention, la roue à aubes 10 comporte une pluralité de premières aubes 12 et une pluralité de secondes aubes 14. Dans cet exemple, il y a autant de premières aubes 12 que de secondes aubes 14, à savoir quinze. Qui plus est, on constate sur la figure 1 que les premières et secondes aubes sont disposées en alternance à la périphérie 16 du disque 18. En d'autres termes, chaque première aube 12 est disposée entre deux secondes aubes 16. Par ailleurs, on voit sur la figure 2 que l'intrados I12, I14 de chacune des pales 26,28 des premières et secondes aubes 12,14 présente une première zone 26c, 28c ainsi qu'une seconde zone 26d, 28d qui ont des formes particulières. Selon l'invention, la première zone 26c des pales 26 des premières 10 aubes 12 présente une surépaisseur par rapport à la première zone 28c des pales 28 des secondes aubes 14. Similairement, la seconde zone 28d des pales 28 des secondes aubes 14 présente une surépaisseur par rapport à la seconde zone 26d des pales 26 des premières aubes 12. 15 En l'espèce, pour chacune des pales 26 des premières aubes 12, la première zone 26c présente un bossage 30 de forme sensiblement semielliptique s'étendant depuis la première extrémité 26a vers la seconde extrémité 26b de la pale 26. Le bossage 30 présente ici une épaisseur de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres. 20 Par ailleurs, toujours pour chacune des pales 26 des premières aubes 12, la seconde zone 26d présente un renfoncement 32 en forme de cuvette. Ce renfoncement 32 présente une profondeur qui est également de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, en l'espèce environ 5 dixièmes de millimètres. 25 Le renfoncement 32 présente ici également une forme sensiblement semi-elliptique qui s'étend depuis la seconde extrémité 26b vers la première extrémité 26a. De préférence, le renforcement 32 est plus proche du bord d'attaque que du bord de fuite de la pale 26. 30 Selon l'invention, pour chacune des pales 28 des secondes aubes 14, la première zone 28c présente un renfoncement 34 en forme de cuvette de forme sensiblement semi-elliptique s'étendant depuis la première extrémité 28a vers la seconde extrémité 28b de la pale 28. Le renfoncement 34 présente ici une profondeur de l'ordre de quelques 35 dixièmes de millimètres, en l'espèce de l'ordre de cinq dixièmes de millimètres. Par ailleurs, toujours pour chacune des pales 28 des secondes aubes 14, la seconde zone 28d présente un bossage 36. Ce bossage 36 présente une épaisseur qui est également de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres. Le bossage 36 présente ici également une forme sensiblement semi-elliptique qui s'étend depuis la seconde extrémité 28b vers la première extrémité 28a. Bien évidemment, la représentation de la figure 2 est schématique, l'épaisseur des bossages 30,36 et les profondeurs des renfoncements 32,34 ayant été volontairement accentuées pour faciliter la compréhension de l'invention. Grâce à cette conformation avantageuse des profils des pales 26, 28 des premières et secondes aubes, on obtient des fréquences de résonances différentes pour ces deux types de pales. Ce désaccordage permet d'améliorer la stabilité de la roue à aubes 10 en évitant que celle- ci n'entre en résonance, cela sans perturber l'écoulement autour des pales. On comprend donc que du fait de la disposition symétrique des aubes selon la périphérie 14 du disque, le centre de gravité de l'ensemble des paleslO est situé sur l'axe de rotation O du disque 18, en conséquence de quoi la roue à disque ne présente avantageusement pas de balourd additionnel lors de sa rotation. REVENDICATIONS1. Roue à aubes (10) comprenant : une pluralité d'aubes (12, 14) ; un disque (18), présentant un axe de rotation (0), à une périphérie (16) duquel s'étendent les aubes, chacune des aubes ayant une pale (26, 28) ; caractérisée en ce qu'elle présente une pluralité de premières aubes (12) et une pluralité de secondes aubes (14), chacune des pales (26, 28) des premières et secondes aubes présentant une première zone (26c, 28c) et une seconde zone (26d, 28d), et en ce que, comparée à la première zone (28c) des pales (28) des secondes aubes (14), la première zone (26c) de chacune des pales (26) des premières aubes (12) présente une surépaisseur, tandis que, comparée à la seconde zone (26d) des pales (26) des premières aubes (12), la seconde zone (28d) des pales (28) des secondes aubes (14) présente une surépaisseur, grâce à quoi la fréquence de résonance des pales (26) des premières aubes (12) diffère de la fréquence de résonance des pales (28) des secondes aubes (14). 2. Roue à aubes selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour chacune des pales (26) des premières aubes (12), la première zone (26c) présente un bossage (30) tandis que la seconde zone (26d) présente un renfoncement (32). 3. Roue à aubes selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, pour chacune des pales (28) des secondes aubes (14), la première zone (28c) présente un renfoncement (34), tandis que la seconde zone (28d) présente un bossage (36). 4. Roue à aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chacune des pales (26, 28) des aubes (12, 14) s'étend longitudinalement entre une première extrémité (26a, 28a) proche du disque et une seconde extrémité (26b, 28b) distante du disque, et en ce que, pour chacune des aubes, lapremière zone (26c, 28d) est située à la première extrémité (26a, 28a) de la pale, tandis que la seconde zone (26d, 28d) est située à la seconde extrémité (26b, 28b) de la pale. 5. Roue à aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chacune des aubes (12, 14) présente un intrados (I12, I14) et un extrados (E12, E14), et en ce que les premières et secondes zones (26c, 28c, 26d 28d) sont situées sur l'intrados (I12, I14) de chacune des aubes. 6. Roue à aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les premières et secondes aubes (12, 14) sont montées en alternance sur le disque (18). 7. Roue à aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la géométrie des pales des première et seconde aubes (12, 14) est obtenue à partir de la géométrie d'une même pale de base. 8. Turbomachine comportant au moins une roue à aubes (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.