Brevet FR3057904A1 — publié le 20180427

DOMAINE DE L'INVENTION [0001] Le présent exposé concerne le domaine des compresseurs centrifuges, et concerne plus précisément un système pour l'amortissement de vibrations dans un tel compresseur. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Les étages de compression centrifuge d'une turbomachine sont communément soumis à des contraintes importantes en termes de vibrations, qui doivent nécessairement être amorties. [0003] Il est ainsi connu d'associer un jonc d'amortissement à un rotor de compresseur afin d'atténuer les vibrations du rotor en fonctionnement. [0004] Le document US 3677662 présente une structure de compresseur centrifuge (radial) comprenant un élément d'amortissement disposé au niveau de la base du rotor. [0005] Des joncs d'amortissement pour compresseur axial sont présentés notamment dans les documents FR 2888876 ou FR 2888877, ou encore dans le document FR 2960021 qui propose de munir le rotor de crochets pour assurer le maintien en position d'un tel jonc d'amortissement dans un logement aménagé au sommet des aubes du rotor d'un compresseur axial. [0006] Ces diverses structures présentent toutefois des inconvénients en termes d'impact sur le carter et également en termes de durée de vie, notamment du fait des contraintes importantes au niveau des têtes d'aubes, et également en termes d'intégration, ou ne sont pas adaptées pour un compresseur centrifuge. [0007] Le présent exposé vise ainsi à s'affranchir de telles problématiques en proposant un système d'amortissement de vibrations 30 pour un rotor de compresseur centrifuge ayant un impact minimisé sur la durée de vie du système. PRESENTATION DE L'INVENTION 35 [0008] Afin de répondre au moins partiellement à ces problématiques, le présent exposé concerne un compresseur centrifuge de turbomachine 3057904 2 comprenant un rotor présentant une base annulaire et une pluralité d'aubes aménagées sur une face amont de la base, caractérisé en ce que le rotor comprend un jonc d'amortissement disposé sur la périphérie radiale externe de la base. 5 [0009] Selon un exemple, la base comprend une gorge aménagée sur sa périphérie radiale externe, le jonc d'amortissement comprend une portion d'engagement et une portion d'amortissement, la portion d'engagement présentant une section complémentaire à celle de la gorge aménagée dans la périphérie externe de la base, la portion 10 d'amortissement comprenant une face interne définissant au moins une portée adaptée pour venir au contact de la périphérie radiale externe de la base, et une face externe. [0010] Selon un exemple, la portion d'amortissement présente une section rectangulaire. Un coin de la section rectangulaire de la portion 15 d'amortissement est alors typiquement tronqué. [0011] La portion d'engagement du jonc d'amortissement présente alors typiquement une épaisseur égale à l'épaisseur de la base du rotor au niveau de son extrémité radiale, l'épaisseur étant mesurée selon une direction axiale du rotor. 20 [0012] La portion d'amortissement présente alors par exemple une hauteur maximale comprise entre le huitième et la totalité l'épaisseur de la base du rotor au niveau de son extrémité radiale. [0013] Selon un exemple, la gorge aménagée sur la périphérie radiale externe de la base du rotor présente une section formant un demi-cercle, 25 dont le diamètre est inférieur ou égal à la moitié de l'épaisseur de la base au niveau de son extrémité radiale, et dans lequel la portion d'engagement du jonc présente une section de demi-cercle de diamètre égal à celui de la gorge. [0014] Selon un exemple, le jonc d'amortissement forme un anneau fendu. [0015] Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant un compresseur centrifuge tel que défini précédemment. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [0016] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation 3057904 3 de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe d'un compresseur centrifuge, - la figure 2 est une vue d'un rouet d'un tel compresseur centrifuge, 5 - la figure 3 est une vue partielle d'un rotor selon un aspect de l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe d'une extrémité radiale externe du disque d'un tel rotor, - les figures 5 et 6 sont deux vues d'un dispositif d'amortissement selon un aspect de l'invention, 10 - les figures 7 et 8 sont deux vues d'un tel dispositif d'amortissement monté sur un rotor, - la figure 9 illustre l'implantation d'un tel ensemble dans un compresseur de turbomachine. [0017] Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont 15 repérés par des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION 20 [0018] La figure 1 représente une partie de turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz (symbolisé par des flèches sur la figure 1) , un étage centrifuge de compresseur 10, un ensemble diffuseur-redresseur annulaire 20 et une chambre de combustion 30. L'étage centrifuge de 25 compresseur 10 est monté tournant autour de l'axe de la turbomachine, tandis que l'ensemble diffuseur-redresseur annulaire 20 et chambre de combustion 30 sont fixes. [0019] La structure d'une turbomachine est bien connue et ne sera pas décrite plus en détail ici ; seuls les éléments directement en lien avec 30 l'invention sont détaillés. [0020] L'étage centrifuge de compresseur 10 comprend un rouet 40 formant le rotor ou élément tournant du compresseur et s'étendant suivant un axe longitudinal X-X. Ce rouet est représenté sur la figure 2 ; il comprend une base 42 annulaire et une pluralité d'aubes 44 aménagées 35 sur une face amont 42a (par opposition à une face aval 42b de la base 42) de la base 42. La base 42 comprend typiquement un orifice central pour 3057904 4 permettre son montage autour d'un arbre, définissant ainsi un axe de rotation X-X (confondu avec l'axe longitudinal X-X ; on parlera donc plus généralement de l'axe X-X) autour duquel est positionné un flasque 46 annulaire autour de l'axe X-X. Les aubes 44 sont réparties sur une face de 5 la base 42, de manière régulière autour de l'axe X-X, depuis la périphérie externe de la base 42 jusqu'au flasque 46. [0021] Comme indiqué en préambule, ce rouet 40 est typiquement soumis à d'importantes contraintes vibratoires qui doivent donc nécessairement être amorties afin de garantir un bon fonctionnement. 10 [0022] Un dispositif d'amortissement 50 est ainsi associé au rouet 40, comme on le voit sur les figures 3 à 8. [0023] Le dispositif d'amortissement 50 est formé par un jonc destiné à être disposé autour de la périphérie radiale externe de la base 42 du rouet 40. Dans le présent exposé, le terme « radial » s'entend par rapport 15 à une direction perpendiculaire à la direction de l'axe X-X. Comme on le voit sur la figure 6, ce jonc 50 présente typiquement une forme d'anneau fendu pour faciliter son montage, de sorte que le périmètre du jonc 50 soit inférieur ou égal au périmètre de la périphérie externe de la base 42 du rouet 40, de manière à éviter un phénomène de foisonnement du jonc 50 20 autour du rouet 40 qui pourrait alors entrainer une dégradation de l'ensemble. Le périmètre du jonc 50 est typiquement compris entre 90 et 100% du périmètre de la périphérie externe de la base 42 du rouet 40, ou typiquement entre 90 et 95%. [0024] Afin de sécuriser le positionnement du dispositif 25 d'amortissement 50, le rouet 40 comprend une gorge 60 aménagée sur sa périphérie externe dans l'épaisseur de la base 42 du rouet 40, comme visible notamment sur les figures 3 et 4. [0025] La gorge 60 telle que représentée sur les figures présente une section de demi-cercle ayant un diamètre inférieur ou égal à la moitié de 30 l'épaisseur de la base 42 au niveau de son extrémité radiale, l'épaisseur étant mesurée selon l'axe X-X. La gorge 60 est typiquement aménagée au centre de la périphérie externe de la base 42, de manière à être séparée des faces amont 42a et aval 42b de la base 42 par des surfaces d'appui définissant des cylindres de révolution autour de l'axe X-X, respectivement 35 62a et 62b. Dans l'exemple représenté, en désignant par E l'épaisseur de la base 42 au niveau de son extrémité radiale, chacune des surfaces 3057904 5 d'appui 62a et 62b a une épaisseur égale à E/4, et la gorge a un diamètre égal à E/2. [0026] La figure 5 représente une section transversale d'un exemple de jonc 50 selon un aspect de l'invention. Comme on le voit sur cette 5 figure, le jonc 50 comprend plusieurs portions : une portion d'engagement 56 adaptée pour venir s'engager dans la gorge 60, et une portion d'amortissement 54 destinée à s'étendre radialement autour de la base 42. [0027] La portion d'engagement 56 a donc une forme complémentaire 10 à celle de la gorge 60. Ainsi, dans l'exemple représenté, la portion d'engagement 56 a une section de demi-cercle ayant un diamètre identique à celui de la gorge 60, c'est-à-dire ici égal à E/2 (i.e. un rayon égal à E/4). Cette portion d'engagement est ici disposée sensiblement au centre d'une face interne du jonc 50, et est disposée entre deux portions 15 52a et 52b adaptées pour définir chacune un cylindre de révolution autour de l'axe X-X et venir au contact des surfaces d'appui 62a et 62b de la base 42. La géométrie de la portion d'engagement 56 et de la gorge 60 ayant chacune une section en demi-cercle permet de minimiser les contraintes tout en étant aisément usinable. On note que la gorge 60 n'est pas 20 nécessairement aménagée au milieu de l'épaisseur de la base 42 ; les surfaces d'appui 62a et 62b de la base 42 ainsi que les portions 52a et 52b du jonc 50 présentent alors des dimensions adaptées en fonction de l'emplacement de la gorge 60 et de la portion d'engagement 56 adaptée pour coopérer avec la gorge 60. 25 [0028] La portion d'amortissement 54 présente quant à elle une section généralement rectangulaire ayant une hauteur (ou largeur) typiquement comprise entre E/8 et E, ou encore comprise entre E/4 et E, on encore typiquement égale à E/4, et une épaisseur (ou longueur) typiquement égale à E de manière à s'étendre dans le prolongement de la 30 base 42, la hauteur étant mesurée selon la direction radiale perpendiculaire à celle de l'axe X-X, et l'épaisseur étant mesurée selon la direction de l'axe X-X. La portion d'engagement 56 ainsi que les portions 52a et 52b définissent une face radialement interne du jonc 50, tandis que la face de la portion d'amortissement 54 opposée à la portion 35 d'engagement définit une face radialement externe du jonc 50. 3057904 6 [0029] Dans l'exemple représenté sur la figure 5, la portion d'amortissement 54 présente une section rectangulaire ayant un angle tronqué. Plus précisément, un angle de la face externe du jonc 50 est tronqué depuis le milieu de la face externe du jonc 50 jusqu'au milieu de 5 la hauteur de la portion d'amortissement 54. La section tronquée forme donc ici un triangle rectangle, dont les cathètes (côtés opposés à l'hypothénuse) mesurent respectivement E/2 et E/8. [0030] Les figures 7 et 8 sont deux vues illustrant le montage du jonc 50 autour de la base 42. 10 [0031] Comme on le voit sur ces figures, la portion d'engagement 56 s'engage dans la gorge 60 de la base 42, tandis que les portions 52a et 52b viennent en appui contre les portions d'appui 62a et 62b de la base 42. La portion tronquée de la portion d'amortissement 54 est disposée de manière à être à l'opposé de la face amont 42a de la base 42 comprenant 15 les aubes 44, c'est-à-dire de manière à être adjacente à la face aval 42b de la base 42. [0032] Le jonc 50 ainsi associé à la base 42 permet de réaliser une fonction d'amortissement des vibrations du rotor, et d'en augmenter la rigidité au niveau de la périphérie externe qui est la zone soumise aux 20 contraintes les plus élevées, augmentant de ce fait la tenue de l'ensemble. [0033] La figure 9 est une vue détaillée qui illustre un exemple d'implantation d'un rotor muni d'un tel jonc dans un compresseur de turbomachine. [0034] Comme on le voit sur cette figure, le jonc 50 est disposé entre 25 le rouet 40 et un flasque de l'ensemble diffuseur-redresseur annulaire 20 formant une partie fixe (stator) du compresseur. Le jonc 50 est dimensionné de manière à conserver un jeu par rapport au stator. La portion tronquée du jonc 50 permet d'accentuer localement ce jeu, ou le cas échéant de s'adapter à la géométrie du stator afin de conserver une 30 valeur minimale pour ce jeu. [0035] La structure telle que proposée est avantageuse pour plusieurs raisons. En premier lieu, la géométrie du jonc 50 permet d'augmenter la surface de contact avec la base du rotor. De plus, la section proposée pour le jonc 50 permet de favoriser le guidage du fluide et de limiter les 35 pertes de charges. Il a par ailleurs été constaté qu'une telle structure permet d'augmenter sensiblement la durée de vie de l'ensemble par 3057904 7 rapport à un ensemble équivalent qui ne serait pas muni d'un tel jonc La réalisation de la gorge 60 en périphérie de la base 42 est notamment avantageuse en ce qu'elle n'impacte pas de manière négative la durée de vie de l'ensemble. Par ailleurs, disposer ainsi le jonc 50 au niveau de la 5 tête du rotor permet d'exploiter l'espace existant ici entre le rotor et le carter, qui est plus important que par exemple l'espace entre la face aval 42b du rotor et le carter. [0036] La structure telle que proposée est par ailleurs avantageuse en ce qu'elle peut être adaptée à des ensembles existants. En effet, en 10 considérant un compresseur existant, l'adaptation d'un jonc 50 tel que présenté nécessite alors uniquement la réalisation d'une gorge dans la périphérie de la base du rotor, sans nécessairement entrainer un redimensionnement ou un remplacement de rouet. [0037] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à 15 des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être 20 combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. REVENDICATIONS1. Compresseur centrifuge de turbomachine comprenant un rotor (40) s'étendant selon un axe longitudinal (X-X) présentant une base (42) annulaire et une pluralité d'aubes (44) aménagées sur une face amont (42a) de la base (42), caractérisé en ce que le rotor (40) comprend un jonc (50) d'amortissement disposé sur la périphérie radiale externe de la base (42). 2. Compresseur centrifuge selon la revendication 1, dans lequel la base (42) comprend une gorge (60) aménagée sur sa périphérie radiale externe, le jonc (50) d'amortissement comprend une portion d'engagement (56) et une portion d'amortissement (54), la portion d'engagement (56) présentant une section complémentaire à celle de la gorge (60) aménagée dans la périphérie externe de la base (42), la portion d'amortissement (54) comprenant une face interne définissant au moins une portée (52a, 52b) adaptée pour venir au contact de la périphérie radiale externe (62a, 62b) de la base (42), et une face externe. 3. Compresseur centrifuge selon la revendication 2, dans lequel la portion d'amortissement (54) présente une section rectangulaire. 4. Compresseur centrifuge selon la revendication 3 dans lequel un coin de la portion d'amortissement (54) est tronqué. 5. Compresseur centrifuge selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel la portion d'engagement (56) du jonc (50) d'amortissement présente une épaisseur égale à l'épaisseur (E) de la base (42) du rotor (40) au niveau de son extrémité radiale, l'épaisseur étant mesurée selon une direction axiale (X-X) du rotor (40). 6. Compresseur centrifuge selon la revendication 5, dans lequel la portion d'amortissement (54) présente une hauteur maximale 3057904 9 comprise entre le huitième et la totalité de l'épaisseur (E) de la base (42) du rotor (40) au niveau de son extrémité radiale. 7. Compresseur centrifuge selon l'une des revendications 1 à 6, dans 5 lequel la gorge (60) aménagée sur la périphérie radiale externe de la base (42) du rotor (40) présente une section formant un demi-cercle, dont le diamètre est inférieur ou égal à la moitié de l'épaisseur (E) de la base (42) au niveau de son extrémité radiale, et dans lequel la portion d'engagement (54) du jonc (50) présente 10 une section de demi-cercle de diamètre égal à celui de la gorge (60). 8. Compresseur centrifuge selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le jonc d'amortissement (50) forme un anneau fendu. 9. Turbomachine comprenant un compresseur centrifuge selon l'une des revendications 1 à 8. 15 20