Brevet FR3120387A1 — publié le 20220909

Bague d’amortissement de vibrations pour pivot d’aube de redresseur à calage variable de turbomachine, palier et aube de redresseur comportant une telle bague Un aspect de l’invention concerne une bague pour pivot d’aube de redresseur à calage variable de turbomachine, comportant une partie extérieure (21) assurant la rigidification de la bague et une partie intérieure (22) solidaire de la partie extérieure et assurant une fonction d’amortissement. Un autre aspect de l’invention concerne un palier pour pivot d’aube de redresseur à calage variable de turbomachine monté dans un alésage d’un carter de la turbomachine et comportant une douille, solidaire dudit alésage et permettant une rotation d’une tige pivot au sein du carter, et la bague montée solidaire de la tige pivot à l’intérieur de la douille. L’invention concerne aussi une aube de redresseur à calage variable comportant le palier ci-dessus et une turbomachine comportant de telles aubes. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3 Bague d’amortissement de vibrations pour pivot d’aube de redresseur à calage variable de turbomachine, palier et aube de redresseur comportant une telle bague DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne une bague d’amortissement de vibrations pour un pivot d’aube de redresseur à calage variable de turbomachine. Elle concerne également un palier d’aube de redresseur équipé d’une telle bague, une aube de redresseur équipée de ce palier et une turbomachine équipée de telles aubes de redresseur à calage variable. L’invention trouve des applications dans le domaine des turbomachines telles que les compresseurs axiaux des moteurs fortes puissances et, en particulier, dans le domaine des aubes de stator à calage variable de la machine. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Il est connu, en aéronautique, que la puissance d’un moteur peut être améliorée en utilisant un système d’aubes articulées, orientables par rapport au carter du compresseur du moteur. Ces aubes de redresseur à calage variable, ou aubes de VSV (pour « Variable Stator Valve » en termes anglo-saxons) peuvent être pivotées pendant le fonctionnement du moteur afin d'adapter leur action en fonction du régime moteur et des conditions de vol. Généralement, ces aubes sont dotées de tiges de commandes, montées pivotantes dans des ouvertures traversant le carter du compresseur et prolongées par des leviers de commandes. Un exemple d’une aube de redresseur à calage variable est représenté schématiquement sur la . Cette aube statorique 1, montée dans le carter 3 du moteur, comprend une pale 12, une platine ou plateforme 13 et une tige formant un premier pivot 14 à une extrémité. Le premier pivot 14, ou pivot supérieur, est logé dans un alésage, ou orifice radial, ménagé dans la paroi interne du carter 3, par l'intermédiaire de différents paliers. L'aube 1 est maintenue dans le carter 3, à une extrémité, par ce premier pivot 14 et, à son autre extrémité, par un second pivot 17, ou pivot inférieur. Le premier pivot 14 tourillonne dans l'alésage correspondant du carter 3 par l'intermédiaire de paliers, par exemple un palier bas 4 du côté de la plateforme 13 et un palier haut 5 du côté du tourillon 15. La plateforme 13 est logée dans une cavité en forme de lamage usiné dans la paroi de ce carter 3. La paroi du carter 3 est en contact radial avec la plateforme 13 soit directement, soit par l'intermédiaire d'une douille. La partie haute du pivot 14 est retenue dans le palier haut 5. Les paliers 4 et 5 comportent chacun une douille logée dans l'alésage du carter 3 et dont la paroi interne forme une surface de frottement avec la tige 14 formant pivot. Le second pivot 17 est semblable au premier pivot 14, excepté qu’il est monté à l’extrémité inférieure de l’aube 1 : il est monté aligné avec le premier pivot 14, au sein d’une douille 11, elle-même montée dans l’anneau interne 19 (appelé shroud en termes anglosaxons) du carter. La face de la plateforme 13, opposée au palier 4, forme la base de la pale et est balayée par les gaz mis en mouvement par le compresseur. Cette face de la plateforme est conformée de manière à assurer la continuité de la veine formée par le carter. Un écrou du tourillon 15 maintient l'aube dans son logement et un levier, actionné par des organes de commande appropriés, commande la rotation de l'aube autour de l'axe XX de la tige 14 pour mettre celle-ci dans la position requise par rapport à la direction du flux gazeux. Les mouvements relatifs des pièces les unes par rapport aux autres résultent du glissement des surfaces en contact entre elles. Si les moteurs fortes puissances présentent de nombreux avantages, et en particulier une puissance élevée, ils présentent également l’inconvénient de générer des niveaux vibratoires élevés. Or, ces niveaux vibratoires élevés ont tendance à engendrer des criques dans les aubes de redresseurs à calage variable (VSV). Ces criques sont des fissures qui apparaissent généralement dans des zones de raccordement de l’aube, appelées « zones de triples rayons de raccordement ». Ces zones de triples rayons de raccordement, qui sont au nombre de deux par aube, sont les zones où le rayon entre la plateforme et l’intrados du VSV, le rayon entre la plateforme et l’extrados du VSV et le rayon entre la plateforme et le dessus (ou le dessous) du VSV se raccordent. Un exemple des deux zones de triples rayons de raccordement d’une aube de VSV, référencées Ztr, est représenté sur la selon une vue avant et une vue arrière d’une aube de VSV. Les criques engendrées dans ces zones Ztr fragilisent la structure des aubes, menant à la rupture des pales (12). Ces dernières peuvent engendrer des évènements plus sévères encore en libérant la pièce dans la veine. Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus des criques engendrées dans les zones de triples rayons de raccordement du fait des niveaux vibratoires élevés des moteurs fortes puissances, le demandeur propose une bague amortissante conçue pour être montée autour du pivot d’une aube de VSV de sorte à amortir les vibrations au sein de ladite aube. Selon un premier aspect, l’invention concerne une bague pour pivot d’aube de redresseur à calage variable de turbomachine, comportant une partie extérieure assurant la rigidification de la bague et une partie intérieure solidaire de la partie extérieure et assurant une fonction d’amortissement. Une telle bague présente le double avantage d’amortir les vibrations au sein de l’aube tout en facilitant la rotation du pivot. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, la bague d’amortissement de vibrations selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : La partie extérieure comporte un anneau rigide, en particulier une tôle fine, et la partie intérieure comporte une pièce cylindrique creuse forme dans un matériau souple par rapport au matériau de l’anneau rigide. Le matériau de la pièce cylindrique creuse est un matériau viscoélastique. Le matériau viscoélastique est du CNT. L’anneau rigide est en titane. La partie extérieure et la partie intérieure sont solidarisées par collage ou surmoulage. La bague comporte au moins un moyen de solidarisation interne apte à solidariser ladite bague d’amortissement avec une tige pivot du pivot d’aube de redresseur à calage variable. Le moyen de solidarisation interne comporte au moins un élément saillant formé dans le matériau de la pièce cylindrique creuse et s’étendant axialement sur une partie au moins de la hauteur de ladite pièce cylindrique creuse. Un deuxième aspect de l’invention concerne un palier pour pivot d’aube de redresseur à calage variable de turbomachine monté dans un alésage d’un carter de la turbomachine et comportant une douille solidaire dudit alésage et permettant une rotation d’une tige pivot au sein du carter. Ce palier se caractérise par le fait qu’il comporte en outre une bague telle que définie ci-dessus, montée solidaire de la tige pivot à l’intérieur de la douille. Un troisième aspect de l’invention concerne une aube de redresseur à calage variable de turbomachine, comportant un tourillon de fixation d’une biellette de commande du calage de l’aube et au moins une tige pivot destinée à être montée à l’intérieur d’un carter de la turbomachine. Cette aube se caractérise par le fait qu’elle comporte en outre un palier tel que défini ci-dessus. L’aube selon le troisième aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes : la tige pivot comporte au moins une encoche radiale adaptée pour recevoir un élément saillant de la bague d’amortissement de vibrations. la bague d’amortissement de vibrations comporte une hauteur comprise entre approximativement la hauteur de la douille et la hauteur du pivot d’aube de redresseur à calage variable. Selon un quatrième aspect, l’invention concerne une turbomachine comportant des aubes de redresseur telle que définies ci-dessus. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles : La , déjà décrite, représente schématiquement un exemple d’aube de redresseur à calage variable selon l’art antérieur ; La , déjà décrite, représente une vue schématique avant et une vue schématique arrière des zones de triples rayons de raccordement d’une aube de redresseur à calage variable, zones dans lesquelles se forment les criques ; Les parties A et B de la représentent des vues schématiques en perspective de deux modes de réalisation d’une bague d’amortissement de vibrations selon l’invention ; Les parties A, B et C de la représentent des vues schématiques en coupe de deux exemples d’un palier de pivot d’aube de redresseur à calage variable équipé de la bague de la ; et Les parties A et B de la représentent des vues en coupe de dessus de deux exemples de la bague d’amortissement de vibrations autour d’une tige pivot. DESCRIPTION DETAILLEE Un exemple de réalisation d’une bague d’amortissement de vibrations, configurée pour être montée autour d’un pivot d’une aube de redresseur à calage variable, est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple. Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées. Différents exemples d’une bague d’amortissement des vibrations, appelée aussi bague amortissante, sont représentés selon une vue en perspective sur les parties A et B de la . Cette bague amortissante 20 comporte une partie extérieure 21 et une partie intérieure 22, solidaire de la partie extérieure 21. La partie extérieure 21 a pour fonction de rigidifier la bague amortissante 20 et la partie intérieure 22 a pour fonction d’amortir les vibrations au sein de l’aube. La partie intérieure 22 et la partie extérieure 21 sont solidarisée, par exemple, par collage, par surmoulage, ou par toute autre technique permettant de solidariser deux pièces réalisées dans des matériaux différents. Selon certains modes de réalisation, la partie extérieure 21 est un anneau rigide 21, par exemple en tôle fine, et la partie intérieure 22 est une pièce cylindrique creuse 22, réalisée dans un matériau souple par rapport au matériau rigide de la partie extérieure 21. On appelle « matériau souple » un matériau dont la dureté peut être mesurée au moyen de l’échelle de dureté Shore, par opposition à un matériau rigide, comme le matériau de l’anneau rigide, dont la dureté est mesurée au moyen des échelles de dureté Brinell, Vickers ou Rockwell. Le matériau souple de la pièce cylindrique creuse 22 peut, en particulier, être un élastomère ou un matériau viscoélastique. Ce matériau souple, par exemple un matériau viscoélastique, revêt toute la circonférence de la paroi intérieure de l’anneau rigide 21. Autrement dit, la bague amortissante 20 est un anneau dont la surface extérieure est en tôle fine, ou dans tout autre matériau assurant une rigidité à la bague, et dont la surface intérieure est dans un matériau adapté pour absorber des vibrations, comme un matériau viscoélastique. Selon l’invention, la bague amortissante 20 est conçue pour être montée autour d’une tige pivot, comme la tige pivot supérieure 14 ou la tige pivot inférieure 17 d’une aube de VSV. Dans la suite de la description, la bague amortissante 20 sera décrite dans le cas où elle est montée autour de la tige pivot supérieure 14, étant entendu qu’elle peut également être montée autour de la tige pivot inférieure 17 ou toute autre tige pivot d’une aube de VSV. Comme expliqué précédemment, chaque palier de l’aube de VSV 12 comporte une douille 10 ou 11 logée dans un alésage du carter 3 et solidaire dudit alésage. Selon l’invention, la bague amortissante 20 est montée à l’intérieur de la douille 10 ou 11. Un exemple schématique d’un palier pour pivot inférieur d’aube de VSV est représenté sur la partie A de la et un exemple schématique d’un palier pour pivot supérieur d’aube de VSV est représenté sur les parties B et C de la . Les parties A, B et C de cette montrent un alésage 31 du carter 3 dans lequel est logée, respectivement, la douille 10 et la douille 11. La bague amortissante 20 est montée autour de la tige pivot 14, respectivement 17, l’ensemble bague amortissante et tige pivot étant monté à l’intérieur de la douille 10, respectivement 11. La paroi interne de la douille 10 ou 11 forme alors une surface de frottement avec l’anneau rigide 21 de la bague amortissante 20, protégeant ainsi la tige pivot 14, 17. Pour assurer le maintien de la bague amortissante 20, et éviter tout risque de chute dans le moteur, ladite bague amortissante peut être solidarisée avec l’aube de VSV, par exemple au moyen d’une vis 18 insérée dans la tige pivot 14, 17 à l’extrémité de ladite tige opposée à la pale 12. Dans certains modes de réalisation, l’alésage 31 du carter 3 présente une forme permettant le maintien de la bague amortissante 20 sans vis supplémentaire. Selon certains modes de réalisation, la bague amortissante 20 présente une hauteur sensiblement égale à la hauteur de la douille, comme dans l’exemple de la partie A de la . Selon d’autres modes de réalisation, la bague amortissante 20 peut s’étendre sur toute la longueur de la tige pivot 17 de l’aube de VSV, comme dans l’exemple de la partie B de la ou sur une partie seulement de ladite tige pivot, comme représenté dans l’exemple de la partie C de la . En effet, dans certains modes de réalisation (par exemple partie A de la ), la douille 10 est une unique pièce logée dans l’alésage 31 du carter et qui elle-même reçoit la bague amortissante 20. Dans d’autres modes de réalisation (exemples des parties B et C de la ), la douille 11 comporte deux tronçons 11a et 11b, calés de part et d’autre de la tige pivot 17, dans l’alésage 31 du carter. Selon certains modes de réalisation, la bague amortissante 20 est montée solidaire de la tige pivot 14. La bague amortissante 20 comporte alors des moyens de solidarisation positionnés en intérieur de bague, par exemple, sur la face intérieure de la pièce cylindrique creuse 22. Dans un mode de réalisation, la bague amortissante 20 comporte un ou plusieurs éléments saillants 23, en protubérance radiale sur la surface intérieure de la pièce cylindrique creuse 22 et s’étendant longitudinalement sur toute ou partie de la hauteur de la bague amortissante. La partie A de la montre un exemple de quatre éléments saillants 23 répartis sur la surface intérieure de la pièce cylindrique creuse 22. Dans cet exemple, les éléments saillants 23 se présentent sous la forme de protubérances rectilignes, de section sensiblement rectangulaire, qui s’étendent sur toute la hauteur de la pièce cylindrique creuse 22. La partie B de la montre un exemple de trois éléments saillants 23 répartis sur la surface intérieure de la pièce cylindrique creuse 22. Dans cet exemple, les éléments saillants 23 se présentent sous la forme de protubérances arrondies, par exemple de demi-cylindres ou de demi-ellipsoïdes, dont la section a sensiblement la forme d’un demi-disque ou d’une parabole et qui s’étendent sur une partie au moins de la hauteur de la pièce cylindrique creuse 22. Bien entendu, l’homme du métier comprendra que les éléments saillants 23 peuvent prendre d’autres formes que celles représentées sur les parties A et B de la ; ils peuvent par exemple avoir une section triangulaire ou carrée ; ils peuvent aussi s’étendre sur une partie seulement de la hauteur de la pièce cylindrique creuse 22. Les éléments saillants peuvent prendre toutes sortes de formes, qu’elles soient traversantes ou non (c'est-à-dire sur toute la hauteur de la bague ou sur une partie seulement, dès lors que la géométrie de ces éléments saillants permet de bloquer en rotation la partie intérieure amortissante de la bague par rapport à la partie permettant d’assurer la rotation du pivot tout en assurant une tenue aux contraintes en cisaillement. Les éléments saillants peuvent, par exemple être de type clavette ou de type cannelure lorsque l’on veut minimiser l’encombrement tout en assurant la fonctionnalité technique attendue. Toute géométrie permettant à la fois de faire un appairage entre les parties de la bague et d’assurer la non rotation entre ces deux éléments dans le temps, en prenant en compte les conditions de fonctionnement de la turbomachine sont envisageables même si, pour des questions de coûts, il peut être préférable que les bagues soient brochées / usinées en mortaiseuse et que la géométrie des éléments saillants soit débouchante. Le nombre d’éléments saillants peut également varier : bien qu’un seul élément saillant puisse suffire à solidariser la bague amortissante et la tige pivot, il peut être préférable que plusieurs éléments saillants soient répartis sur la surface intérieure de la bague. Dans les modes de réalisation où la bague amortissante 20 comporte des moyens de solidarisation sous la forme d’un ou plusieurs élément(s) saillant(s), la tige pivot 14 est alors munie d’encoches radiales 14a, adaptées pour recevoir les éléments saillants 23. Ces encoches radiales 14a sont, par exemple, d’une forme complémentaire de celle des éléments saillants. Dans l’exemple A de la où les éléments saillants 23 sont de section rectangulaire, les encoches radiales 14a se présentent sous la forme de rainures de sections rectangulaires. Dans l’exemple B de la où les éléments saillants 23 sont semi-cylindriques, les encoches radiales 14a se présentent sous la forme de rainures de sections semi-circulaire. Une vue en coupe de la bague amortissante 20 montée sur la tige pivot 14 est représentée sur la partie A de la , avec quatre éléments saillants 23 de section rectangulaire, engagés dans quatre encoches 14a de forme rectangulaire de la tige pivot 14. Une autre vue en coupe de la bague amortissante 20 montée sur la tige pivot 14 est représentée sur la partie B de la , avec trois éléments saillants 23 de section semi-circulaire, engagés dans trois encoches 14a de forme semi-circulaire de la tige pivot 14. Selon certains modes de réalisation, l’anneau rigide 21 peut être en bronze ou en acier. Selon d’autres modes de réalisation, l’anneau rigide 21 peut être en titane. En effet, le titane présente l’avantage de conserver ses caractéristiques mécaniques à une température élevée (jusqu'à environ 600°C), tout en étant léger. Selon une variante, l’anneau rigide 21 peut comporter, sur la paroi extérieure de la fine tôle, un revêtement, par exemple un carbure de tungstène ou un vernis lubrifiant graphite, qui permet d’améliorer le frottement entre la douille et la bague. L’anneau rigide 21, par exemple en titane, est ainsi compatible avec le matériau de la douille 10 ; il est, en particulier, apte à résister aux frottements avec ladite douille tout en résistant à un environnement chaud (environ 500°-600°C). L’anneau rigide 21 peut ainsi assurer la rotation de la tige pivot de l’aube de VSV au sein de la douille. Dans un mode de réalisation préféré, le matériau de la pièce cylindrique creuse 22 est un matériau viscoélastique adapté pour amortir les vibrations ou dissiper de l’énergie mécanique et résister à des températures de fonctionnement élevées. Ce matériau viscoélastique peut être choisi, par exemple, en fonction de la température ambiante. À de faibles températures (jusqu’à environ 250°C à 300°C), le matériau viscoélastique peut être un élastomère silicone (type RTV ou écolyte) ou un fluoroélastomère ou encore un perfluoroélastomère qui ont l’avantage d’être relativement peu couteux. À haute température (c'est-à-dire au-delà de 300°C), le matériau viscoélastique peut être du CNT (Carbon Nanotube, en termes anglo-saxons). Le CNT est un matériau fabriqué à partir d'un réseau de nanotubes de carbone à double ou triple parois, interconnectés entre eux de manière aléatoire. Ce matériau est donc particulièrement léger, tout en présentant une résistance mécanique remarquablement élevée (avec un module de Young théorique compris entre 1 et 1,5 TPa), notamment dans le sens longitudinal, ses propriétés étant maintenues dans un intervalle thermique étendu, compris entre environ -196° et 1000°C. Du fait de sa structure, le CNT est également apte à conserver sa souplesse et retrouver sa forme initiale après plusieurs déformations. Ainsi, sous l’effet des vibrations de niveau élevé, la pièce cylindrique creuse 22 en matériau viscoélastique est capable successivement de se déformer puis de reprendre sa forme initiale, ce qui lui permet d’absorber au moins partiellement l’énergie des vibrations. La pièce cylindrique creuse 22 est ainsi apte à amortir les vibrations engendrées au sein de l’aube de VSV. L’homme du métier comprendra donc qu’avec son anneau rigide, par exemple en tôle fine, et sa pièce cylindrique creuse, par exemple en matériau viscoélastique, la bague amortissante 20 est capable d’amortir les vibrations au sein du palier d’aube tout en permettant la rotation de la tige pivot 14, 17 à l’intérieur de la douille 10, 11. L’homme du métier comprendra également qu’une bague amortissante telle que décrite précédemment peut être montée autour de la tige pivot, au niveau de chaque palier de l’aube de VSV. Une bague amortissante 20 peut donc être montée dans le palier haut 5 et/ou dans le palier bas 4, autour de la tige pivot supérieure 14 et/ou de la tige pivot inférieure 17, d’une aube de VSV. Bien que décrit à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, la bague amortissante selon l’invention, le palier d’aube et l’aube de VSV comprennent divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention. Bague pour pivot d’aube de redresseur à calage variable de turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte une partie extérieure (21) assurant la rigidification de la bague et une partie intérieure (22) solidaire de la partie extérieure et assurant une fonction d’amortissement. Bague selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie extérieure comporte un anneau rigide (21), en particulier en tôle, et la partie intérieure comporte une pièce cylindrique creuse formée dans un matériau souple par rapport au matériau de l’anneau rigide. Bague selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau de la pièce cylindrique creuse est un matériau viscoélastique (22). Bague selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau viscoélastique est du CNT. Bague selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l’anneau rigide (21) est en titane. Bague selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la partie extérieure et la partie intérieure sont solidarisées par collage ou surmoulage. Bague selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un moyen de solidarisation interne (23) apte à solidariser ladite bague (20) avec une tige pivot (14) du pivot d’aube de redresseur à calage variable. Bague selon la revendication 7 et l’une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le moyen de solidarisation interne comporte au moins un élément saillant (23) formé dans le matériau de la pièce cylindrique creuse (22) et s’étendant axialement sur une partie au moins de la hauteur de ladite pièce cylindrique creuse (22). Palier (4, 5) pour pivot d’aube de redresseur à calage variable de turbomachine monté dans un alésage d’un carter (3) de la turbomachine et comportant une douille (10) solidaire dudit alésage et permettant une rotation d’une tige pivot (14) au sein du carter, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une bague (20) montée solidaire de la tige pivot (14) à l’intérieur de la douille (10), ladite bague étant conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 8. Aube de redresseur à calage variable (1) de turbomachine, comportant un tourillon (15) de fixation d’une biellette de commande du calage de l’aube et au moins une tige pivot (14) destinée à être montée à l’intérieur d’un carter (3) de la turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre un palier selon la revendication 9. Aube de redresseur selon la revendication 10, caractérisée en ce que la tige pivot (14) comporte au moins une encoche radiale (14a) adaptée pour recevoir un élément saillant (23) de la bague (20) selon la revendication 8. Aube de redresseur selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que la bague (20) comporte une hauteur comprise entre approximativement la hauteur de la douille (10) et la hauteur du pivot d’aube de redresseur à calage variable. Turbomachine comportant des aubes de redresseur selon l’une quelconque des revendications 10 à 12.