Brevet FR3086693A1 — publié le 20200403

CALE POUR TURBOMACHINE, ENSEMBLE POUR TURBOMACHINE, TURBOMACHINE ET PROCÉDÉ ASSOCIÉS DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention se rapporte au domaine général de l'aéronautique. La présente invention concerne plus particulièrement une cale pour aubes de turbomachine équipées de nageoires ainsi qu'un procédé de montage de la cale. En outre, l'invention se rapporte à un ensemble pour turbomachine comportant un disque et des aubes équipées de nageoires. L'invention se rapporte également à une turbomachine comportant un tel ensemble disque/aubes. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION De l'art antérieur, on connait des pales d'aubes de turbomachine pourvues d'ailettes 15 latérales, appelées nageoires. L'ajout de nageoires permet de réduire la charge vibratoire appliquée aux pales d'aubes de grandes dimensions qui sont sensibles aux vibrations, notamment les aubes de soufflante ou de compresseur de turbomachine. De telles nageoires sont généralement agencées dans la direction radiale à mi-hauteur de pale ou en bout de pale. 20 La figure 1 représente un disque de soufflante 1 sur lequel sont montées deux aubes adjacentes 2 équipées de nageoires 6, En référence à la figure 1, chaque aube 2 comporte un pied d'aube 3 engagé dans une rainure 4 du disque 1 afin de maintenir radialement l'aube 2 sur le disque 1. Le pied d'aube 3 est prolongé radialement vers l'extérieur par une pale 5 présentant deux 25 faces latérales 5', i.e. côté intrados et extrados. Comme on peut le voir sur la figure 1, une nageoire 6 s'étend circonférentiellement depuis chaque face latérale 5' de la pale 5 et est positionnée en regard d'une nageoire 6 de l'aube 2 qui lui est circonférentiellement adjacente. Pendant le fonctionnement de la turbomachine, les nageoires 6 circonférentiellement adjacentes sont destinées à être en contact l'une 30 avec l'autre au niveau d'une surface de contact 7. 2 Cependant, la conception de telles aubes est complexe, en particulier l'une des principales difficultés réside dans le dimensionnement des nageoires notamment le calcul du jeu entre deux nageoires circonférentiellement adjacentes, appelé jeu inter-nageoires. En effet, le jeu inter-nageoires doit être suffisamment faible pour garantir un bon contact entre les nageoires pendant le fonctionnement de la turbomachine et ainsi assurer l'amortissement des vibrations. De plus, le jeu inter-nageoires doit être suffisamment grand pour que le montage des aubes sur le disque soit possible. En effet, du fait de la dispersion de tolérances sur le disque et sur les aubes, il arrive lo souvent que le jeu inter-nageoires soit nul et que les aubes se retrouvent bloquées ou se chevauchent ce qui rend le montage des aubes sur le disque impossible. Il est à noter que dans certains cas où le montage avait quand même pu être effectué en dépit d'un jeu inter-nageoires faible, le comportement vibratoire des aubes a entrainé l'usure des aubes par contacts vibratoires pendant le fonctionnement de la 15 turbomachine. À ce jour, il n'existe pas de solutions permettant de résoudre les problèmes préalablement cités. RÉSUMÉ DE L'INVENTION L'invention permet de résoudre les inconvénients précités en proposant une solution 20 permettant de réduire la charge vibratoire appliquée aux aubes de grandes dimensions pendant le fonctionnement de la turbomachine sans entraver le montage des aubes sur le disque de la turbomachine. Selon un premier aspect, l'invention concerne une cale rapportée pour turbomachine. La turbomachine comporte au moins une première aube et une deuxième aube 25 circonférentiellement adjacente à la première aube montées sur un disque, la première aube comportant une première pale équipée d'une nageoire présentant une face amont et une face aval, la deuxième aube comportant une deuxième pale équipée d'une nageoire présentant une face amont et une face aval, la face aval de la nageoire de la première pale étant agencée en regard de la face amont de la nageoire de la 30 deuxième pale de manière à former un jeu, appelé jeu inter-nageoires. 3 En outre, la cale rapportée comporte : - des moyens d'accroche de la cale rapportée sur les nageoires, - une partie centrale présentant une épaisseur adaptée pour s'intercaler au niveau du jeu inter-nageoires de manière à assurer la jonction entre les nageoires. L'invention selon le premier aspect permet de résoudre les problèmes préalablement cités. En effet, la partie centrale de la cale rapportée est dimensionnée selon le jeu inter-nageoires préalablement mesuré. En effet, le jeu inter-nageoires ne peut être déterminé avant le montage des aubes sur le disque car le jeu inter-nageoires peut varier, pour chaque paire d'aubes, de quelques dixièmes de millimètre suivants les dispersions géométriques des pièces. Une fois dimensionnée, la cale rapportée est agencée au niveau du jeu inter-nageoires de manière à former une plateforme continue avec les deux nageoires. La présence d'une telle plateforme entre les aubes permet de rigidifier les aubes et d'améliorer l'amortissement des aubes face aux problèmes vibratoires. En outre, dans la mesure où les nageoires ne sont plus destinées à être au contact l'une de l'autre, le dimensionnement des nageoires est simplifié car il n'est plus nécessaire que le jeu inter-nageoires soit suffisamment faible pour assurer le contact entre les nageoires pendant le fonctionnement de la turbomachine. Le jeu inter-nageoires est, au contraire, choisi de manière à être suffisamment grand pour que le montage des aubes sur le disque soit possible et pour éviter le blocage et le chevauchement des aubes. On note, en outre, qu'une telle cale rapportée peut être utilisée sur des aubes équipées de nageoires selon l'art antérieur. En effet, il suffit de raccourcir la largeur des nageoires existantes de sorte à permettre le passage de la cale rapportée entre les nageoires. Il s'agit donc d'une solution simple et peu coûteuse permettant de simplifier le montage des aubes munies de nageoires sur un disque tout en limitant l'usure par vibration des pales pendant le fonctionnement de la turbomachine. 4 La cale rapportée selon le premier aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Selon un mode de réalisation non limitatif, les moyens d'accroche sont formés par une s plateforme externe et une plateforme interne adaptées pour entourer une portion des nageoires, la partie centrale étant agencée entre la plateforme externe et la plateforme interne. Selon un mode de réalisation non limitatif, la plateforme externe et la plateforme interne délimitent une première gorge et une seconde gorge de part et d'autre de la 10 partie centrale, la première gorge et la seconde gorge étant adaptées pour recevoir par complémentarité de forme, respectivement, une portion de la nageoire de la première pale et une portion de la nageoire de la deuxième pale. Selon un mode de réalisation non limitatif, la plateforme externe présente une surface externe adaptée pour former une surface continue avec la surface externe de la 15 nageoire de la première pale et la surface externe de la nageoire de la deuxième pale. Les termes « externe » et « interne » désignent un élément tel qu'une paroi ou une surface, « radialement externe » ou « radialement interne », à savoir respectivement, éloignée ou proche de l'axe de rotation du disque selon une direction radiale. Selon un mode de réalisation non limitatif, la plateforme interne présente une surface 20 interne formant une surface continue avec la surface interne de la nageoire de la première pale et la surface interne de la nageoire de la deuxième pale. Par ailleurs, l'invention selon le deuxième aspect de l'invention, se rapporte à un ensemble pour turbomachine comportant un disque sur lequel sont montées au moins une première aube et une deuxième aube circonférentiellement adjacente à la 25 première aube. L'ensemble comporte, en outre, au moins une cale rapportée selon le premier aspect de l'invention L'ensemble selon le deuxième aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Selon un mode de réalisation non limitatif, le jeu inter-nageoires est compris entre 5 et 5 10 mm, Selon un mode de réalisation non limitatif, la cale rapportée est réalisée en métal ou en élastomère. Selon un mode de réalisation non limitatif, la nageoire de la première pale et/ou la nageoire de la deuxième pale comporte(nt) un ressaut configure pour maintenir io axialement la cale rapportée entre les nageoires. Selon un troisième aspect, l'invention se rapporte à une turbomachine comportant un ensemble selon le deuxième aspect de l'invention. En outre, selon un quatrième aspect, l'invention concerne un procédé d'assemblage d'une cale rapportée selon le premier aspect entre une première aube et une deuxième 15 aube de turbomachine. La première aube comportant une première pale équipée d'une nageoire présentant une face amont et une face aval, la deuxième aube comportant une deuxième pale équipée d'une nageoire présentant une face amont et une face aval, la face aval de la nageoire de la première pale étant séparée de la face amont de la nageoire de la deuxième pale par un jeu inter-nageoires. 20 Le procédé d'assemblage selon le premier aspect comporte les étapes suivantes: monter la première aube sur un disque de la turbomachine, accrocher la cale rapportée sur la nageoire de la première aube par les moyens d'accroche, la partie centrale de la cale rapportée présentant une épaisseur choisie selon le jeu inter-nageoires, 25 monter la deuxième aube sur le disque de manière à ce que la deuxième aube soit circonférentiellement adjacente à la première aube et que la cale rapportée soit accrochée à la nageoire de la deuxième aube pour former une jonction entre les nageoires au niveau du jeu inter-nageoires. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES 6 Les figures ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif. Les figures montrent à la figure 1, une vue en perspective d'un disque de soufflante sur lequel sont montées deux aubes adjacentes équipées de nageoires, s à la figure 2a, une vue en perspective d'un ensemble pour turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention, à la figure 2b, une vue de dessus de l'ensemble pour turbomachine illustré à la figure 2a, à la figure 3, un agrandissement de la figure 2a au niveau de la cale rapportée, io à la figure 4, la zone inter-nageoires de l'ensemble pour turbomachine selon un autre mode de réalisation de l'invention, avant la mise en place de la cale rapportée, à la figure 5, la zone inter-nageoires illustrée à la figure 4 après la mise en place de la cale rapportée illustrée aux figures 2a, 2b et 3, ss à la figure 6, une vue en coupe transversale de la cale rapportée selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées. DESCRIPTION D'AU MOINS UN MODE DE RÉALISATION DE L'INVENTION 20 Les figures 2a et 2b représentent un ensemble 100 pour turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention. En référence aux figures 2a et 2b, l'ensemble 100 pour turbomachine, d'axe longitudinal X, comprend un disque 10 sur la circonférence duquel sont montées une première aube 20 et une deuxième aube 30 circonférentiellement adjacentes. Chaque 25 aube 20 et 30 présente un pied d'aube, respectivement 24 et 34, qui s'insère dans une rainure 11 pratiquée sur la circonférence du disque 10 de manière à fixer radialement les aubes 20 et 30 sur le disque 10. Naturellement, l'ensemble 100 pour turbomachine peut comporter plus de deux aubes. La première aube 20 comporte une pale 21, que l'on appellera première pale, 30 présentant une première face latérale 21' et une seconde face latérale 21", circonférentiellement opposées, respectivement coté intrados et extrados de la pale 7 21. La première face latérale 21' et la seconde face latérale 21" de la première pale 21 comportent chacune une nageoire 22, 23 circonférentiellement en saillie de ladite face latérale 21' et 21". De la même manière que pour la première aube 20, la deuxième aube 30 comporte s une pale 31, que l'on appellera deuxième pale, présentant une première face latérale 31' et une seconde face latérale 31", circonférentiellement opposées, respectivement coté intrados et extrados de la pale 31. La première face latérale 31' et la seconde face latérale 31" de la deuxième pale 31 comporte chacune une nageoire 32, 33 circonférentiellement en saillie de ladite face latérale 31' et 31". 1.0 Les nageoires 22 et 23 de la première pale 21 et les nageoires 32 et 33 de la deuxième pale 31 sont agencées radialement à mi-hauteur, respectivement, de la première pale 21 et de la deuxième pale 31. Selon un autre mode de réalisation non représenté, les nageoires 22, 23, 32, 33 sont agencées radialement en bout de pale. En outre, comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, les nageoires 22 et 23 de la 15 première pale 21 présentent une pointe à une extrémité axiale amont ou aval 27 et 28, orientée en direction de la pale circonférentiellement adjacente. De même, les nageoires 32 et 33 de la deuxième pale 31 présentent une pointe à une extrémité axiale amont ou aval respectivement 37 et 38, orientée en direction de la pale circonférentiellement adjacente. 20 De plus, les nageoires 22 et 23 de la première pale 21 et les nageoires 32 et 33 de la deuxième pale 31 présentent chacune une face amont et une face aval. Les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d'écoulement du flux d'air dans la turbomachine, i. e. de l'amont vers l'aval, illustré par une flèche sur les figures 2a à 5. 25 Dans la suite de la description, on désignera par « nageoire de la première pale », la nageoire 22 qui s'étend en saillie circonférentiellement depuis la seconde face latérale 21" de la première pale 21 et par « nageoire de la deuxième pale », la nageoire 32 qui s'étend en saillie circonférentiellement depuis la première face latérale 31' de la deuxième pale 31. 8 Comme on peut le voir sur la figure 4, la nageoire 22 de la première pale 21 présente une face amont 25 et une face aval 26. De même, la nageoire 32 de la deuxième pale 31 présente une face amont 35 et une face aval 36. La face aval 26 de la nageoire 22 de la première pale 21 est agencée en regard de la face amont 35 de la nageoire 32 s de la deuxième pale 31. Un jeu J, appelé jeu inter-nageoires, sépare la face aval 26 de la nageoire 22 de la première pale 21 de la face amont 35 de la nageoire 32 de la deuxième pale 31. Le jeu inter-nageoires J est choisi de manière à être suffisamment grand pour assurer, sans difficultés, le montage des aubes 20 et 30 sur le disque 10. Avantageusement, le 10 jeu inter-nageoires J est supérieur à 5mm. Dans un mode de réalisation préférentiel, le jeu inter-nageoires J est compris entre 5 et 1 Omm. Une cale rapportée 40, représentée de manière plus détaillée sur les figures 2, 5 et 6, est agencée au niveau du jeu inter-nageoires J de manière à former une jonction entre les nageoires 22 et 32. 15 Comme on peut le voir sur la figure 6, la cale rapportée 40 présente globalement un profil en forme de L Plus précisément, la cale rapportée 40 comporte une plateforme externe 41, une plateforme interne 42 et une partie centrale 43 agencée entre la plateforme externe 41 et la plateforme interne 42. La plateforme externe 41 et la plateforme interne 42 forment des moyens d'accroche 20 de la cale rapportée 40 sur les nageoires 22 et 32. En effet, comme on peut le voir sur la figure 6, la plateforme externe 41 et la plateforme interne 42 délimitent une première gorge 44 et une seconde gorge 45 de part et d'autre de la partie centrale 43. La première gorge 44 et la seconde gorge 45 présentent une forme et des dimensions adaptées pour recevoir, respectivement, une portion de la nageoire 22 de la première 25 pale 21 et une portion de la nageoire 32 de la deuxième pale 31. Cela permet d'assurer le maintien de la cale rapportée 40 entre les nageoires 22 et 32. En outre, comme on peut le voir sur les figures 3 et 5, une partie des nageoires 22 et 32 est recouverte par la plateforme externe 41 et par la plateforme interne 42. Avantageusement, la plateforme externe 41 présente une surface externe 411 formant 30 une surface continue avec la surface externe 221 de la nageoire 22 de la première pale 21 et la surface externe 321 de la nageoire 32 de la deuxième pale 31. De même, 9 la plateforme interne 42 présente une surface interne 421 formant une surface continue avec la surface interne 222 de la nageoire 22 de la première pale 21 et la surface interne 322 de la nageoire 32 de la deuxième pale 31. Cela permet de ne pas perturber le flux aérodynamique lors de son passage entre les deux aubes 20 et 30. 5 La forme et les dimensions de la partie centrale 43 de la cale rapportée 40 sont choisies de manière à ce que la partie centrale 43 puisse être insérée au niveau du jeu inter-nageoires J. Pour ce faire, la partie centrale 43 est dimensionnée après le montage des aubes 30, 40 sur le disque 10 de sorte que son épaisseur e soit adaptée au jeu inter-nageoire J. so Par ailleurs, avantageusement, la cale rapportée 40 s'étend sur une longueur Li sensiblement égale à la longueur L2 de la face aval 26 de la nageoire 22 de la première pale 21 et/ou à la longueur La de la face amont 35 de la nageoire 32 de la deuxième pale 31. Cela permet à la cale rapportée 40 de combler la totalité du jeu inter-nageoires J et ainsi d'assurer la continuité de la jonction entre les nageoires 22 et 32 de manière 15 optimale. Naturellement, lorsque l'ensemble 100 comporte une pluralité d'aubes équipées de nageoires, une cale rapportée 40 peut être agencée au niveau de chaque jeu inter-nageoires J présent entre deux nageoires circonférentiellement adjacentes. En outre, selon le mode de réalisation illustré à la figure 5, la nageoire 22 de la 20 première pale 21 comporte un premier ressaut 50, circonférentiellement en saillie de la face aval 26 de ladite nageoire 22 Le premier ressaut 50 à partir d'une extrémité amont de la nageoire 22 et qui s'étend perpendiculairement à la face aval 26 de la nageoire 22, en direction de la nageoire 32 de la deuxième pale 31. La nageoire 32 de la deuxième pale 31 comporte également un second ressaut 51, 25 circonférentiellement en saillie de la face amont 35 de ladite nageoire 32. Le second ressaut 51 s'étend à partir d'une extrémité amont de la nageoire 32 et perpendiculairement à la face amont 35 de la nageoire 32 de la deuxième pale 31, en direction de la nageoire 22 de la première pale 21. Avantageusement, le premier ressaut 50 et le second ressaut 51 s'étendent sur une 30 distance sensiblement égale au jeu inter-nageoires J. 10 Les ressauts 50 et 51 forment des butées axiales permettant de maintenir la position de la cale rapportée 40 entre les nageoires 22 et 32, notamment pendant le fonctionnement de turbomachine. En effet, les ressauts 50, 51 permettent d'éviter que la cale rapportée 40 ne se décroche des nageoires 22, 32 en glissant axialement vers s l'extérieur. Par « axial on entend une direction parallèle à l'axe longitudinal X de la turbomachine. Avantageusement, la cale rapportée 40 est réalisée à partir d'un matériau en métal, par exemple le métal utilisé pour la fabrication des aubes 20, 30. Cela permet d'assurer 10 à la cale rapportée 40 les mêmes caractéristiques mécaniques que celles des aubes 20, 30, notamment la dilatation thermique du métal. Dans une variante de réalisation, la cale rapportée 40 est réalisée à partir d'un matériau élastomère, L'utilisation d'un tel matériau permet de réaliser un montage en compression de la cale rapportée 40 entre les nageoires 22, 32. Pour ce faire, la partie centrale 43 de la cale rapportée 40 est 15 dimensionnée de manière à ce que son épaisseur e soit supérieure au jeu inter-nageoires J. Un tel montage permet d'améliorer l'étanchéité entre les nageoires 22, 32 et d'amortir les déplacements relatifs des nageoires 22, 32 pendant le fonctionnement de la turbomachine, Par ailleurs, l'invention se rapporte à un procédé d'assemblage de la cale rapportée 20 40 entre les aubes 20, 30 comportant par exemple les étapes suivantes : monter la première aube 20 sur un disque 10 de la turbomachine, accrocher la cale rapportée 40 sur la nageoire 22 de la première aube 20 par les moyens d'accroche, REVENDICATIONS1. Cale rapportée (40) pour turbomachine destinée à être montée autour d'un axe (X) longitudinal, la turbomachine comportant au moins une première aube (20) et une s deuxième aube (30) circonférentiellement adjacente à la première aube (20) montées sur un disque (10), la première aube (20) comportant une première pale (21) équipée d'une nageoire (22) présentant une face amont (25) et une face aval (26), la deuxième aube (30) comportant une deuxième pale (31) équipée d'une nageoire (32) présentant une face amont (35) et une face aval (36), la face aval 10 (26) de la nageoire (22) de la première pale (21) étant agencée en regard de la face amont (35) de la nageoire (32) de la deuxième pale (31) de manière à former un jeu inter-nageoires (J), la cale rapportée (40) étant destinée à être insérée dans le jeu inter-nageoires (J) et caractérisée en qu'elle comporte : - des moyens d'accroche de la cale rapportée (40) sur chacune des 15 nageoires (22, 32), - une partie centrale (43) présentant une épaisseur (e) adaptée pour s'intercaler au niveau du jeu inter-nageoires (J) de manière à assurer la jonction entre les nageoires (22, 32). 2. Cale rapportée (40) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les 20 moyens d'accroche sont formés par une plateforme externe (41) et une plateforme interne (42) adaptées pour entourer une partie des nageoires (22, 32), la partie centrale (43) étant agencée entre la plateforme externe (41) et la plateforme interne (42). 3, Cale rapportée (40) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la 25 plateforme externe (41) et la plateforme interne (42) délimitent une première gorge (44) et une seconde gorge (45) de part et d'autre de la partie centrale (43), la première gorge (44) et la seconde gorge (45) étant adaptées pour recevoir par complémentarité de forme, respectivement, une portion de la nageoire (22) de la première pale (21) et une portion de la nageoire (32) de la deuxième pale (31). 30 4. Cale rapportée (40) selon les revendications 2 à 3, caractérisée en ce que la plateforme externe (41) présente une surface externe (411) adaptée pour former 12 une surface continue avec la surface externe (221) de la nageoire (22) de la première pale (21) et la surface externe (321) de la nageoire (32) de la deuxième pale (31). 5. Cale rapportée (40) selon les revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la plateforme interne (42) présente une surface interne (421) adaptée pour former une surface continue avec la surface interne (222) de la nageoire (22) de la première pale (21) et la surface interne (322) de la nageoire (32) de la deuxième pale (31). 6. Ensemble (100) pour turbomachine comportant un disque (10) sur lequel sont montées au moins une première aube (20) et une deuxième aube (30) circonférentiellement adjacente à la première aube (20), l'ensemble (100) étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cale rapportée (40) selon l'une des revendications précédentes disposée entre une nageoire (22) de la première aube (20) et une nageoire (32) de la deuxième aube (30). 7. Ensemble (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le jeu inter-nageoires (J) est compris entre 5 et 1 Omm. 8. Ensemble (100) selon les revendications 6 à 7, caractérisé en ce que la nageoire (22) de la première pale (21) et/ou la nageoire (32) de la deuxième pale (31) comporte(nt) un ressaut (50, 51) configure pour maintenir axialement la cale rapportée (40) entre les nageoires (22, 32). 9. Turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble (100) selon l'une des revendications 6 à 8. 10. Procédé d'assemblage d'une cale rapportée (40) selon les revendications 1 à 5, entre une première aube (20) et une deuxième aube (30) de turbomachine, la première aube (20) comportant une première pale (21) équipée d'une nageoire (22) présentant une face amont (25) et une face aval (26), la deuxième aube (30) comportant une deuxième pale (31) équipée d'une nageoire (32) présentant une face amont (35) et une face aval (36), la face aval (26) de la nageoire (22) de la première pale (21) étant séparée de la face amont (35) de la nageoire (32) de la 13 deuxième pale (31) par un jeu inter-nageoires (J), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - monter la première aube (20) sur un disque (10) de la turbomachine, accrocher la cale rapportée (40) sur la nageoire (22) de la première aube (20) par les moyens d'accroche, la partie centrale (43) de la cale rapportée (40) présentant une épaisseur (e) choisie selon le jeu inter-nageoires (J), - monter la deuxième aube (30) sur le disque (10) de manière à ce que la deuxième aube (30) soit circonférerentiellement adjacente à la première aube (20) et que la cale rapportée (40) soit accrochée à la nageoire (32) de 10 la deuxième aube (30) pour former une jonction entre les nageoires (22, 32) au niveau du jeu inter-nageoires (J).