Brevet FR3137123A1 — publié le 20231229

L’invention a pour objet un ensemble rotatif de turbomachine s’étendant autour d’un axe de rotation (AX), cette turbomachine comprenant un disque portant des aubes (21a) destiné à être traversé par un flux lorsque la turbomachine est en service, dans lequel chaque aube (21a) s’étend depuis un pied (22a) par lequel elle est solidarisée au disque jusqu’à un talon (27a) opposé au pied, ce talon (27a) comportant une plateforme (28a), deux plateformes adjacentes ayant des bords contigus (32a) circonférentiellement en regard. – lorsque la turbomachine est à l’arrêt, les bords contigus (32a) de plateformes (28a) adjacentes sont espacés ; – au moins une aube (21a) est agencée pour se déformer sous l’effet des efforts centrifuges qu’elle subit lorsque la turbomachine est en service, de telle manière qu’un bord (32a) de sa plateforme (28a) vienne en contact avec un bord contigu d’une plateforme adjacente. Figure pour l’abrégé : Figure 3 Ensemble de turbomachine comprenant des aubes dont les plateformes sont espacées à froid et en contact lorsque la turbomachine est en service L’invention concerne la réduction des vibrations dans un disque aubagé de turbomachine en service. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans un tel turboréacteur 1 représenté en , l'air extérieur est admis dans une manche d'entrée 2 puis traverse une soufflante 3 comportant une série de pales rotatives avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire est ensuite compressé dans un premier et un second étages de compression 4 et 6 avant d'arriver dans une chambre de combustion 7, après quoi il se détend en traversant un ensemble de turbines 8 avant d'être évacué vers l'arrière en générant de la poussée. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l'arrière par la soufflante dans une veine délimitée par le carter 9 pour générer une poussée complémentaire. En pratique, un tel moteur comporte un rotor tournant autour de son axe longitudinal AX, et incluant plusieurs disques portant chacun à sa périphérie externe une série d’aubes ou de pales, ces disques correspondant à la soufflante, aux compresseurs et aux turbines. Comme représenté sur la , une telle aube 11a comporte un pied 12a par lequel elle est fixée à un disque (non représenté), prolongé par une pale 13a s’étendant selon une direction d’envergure EVa radiale par rapport à l’axe de rotation. Cette pale 13a est terminée par un talon 14a comportant une plateforme 16a portant ici deux portions de léchettes 17a, 18a destinées à assurer des fonctions d’étanchéité. Les aubes portées par un même disque ont la même morphologie, de sorte que l’aube 11b voisine de l’aube 11a sur la , comporte les mêmes composants repérés par les mêmes références numériques mais complétées par la lettre « b » au lieu de la lettre « a ». La périphérie externe d’un disque aubagé est ainsi délimitée par les plateformes des aubes qu’il porte, qui s’étendent contigument les unes aux autres pour délimiter conjointement une bande périphérique sensiblement cylindrique. En fonctionnement, ces aubes subissent des températures élevées et des efforts centrifuges importants, qui tendent à accroître leur longueur selon leur direction d’envergure. Dans ces conditions, les plateformes contiguës, qui sont jointives lorsque la turbomachine est à l’arrêt, tendent à s’espacer circonférentiellement les unes des autres lorsque la turbomachine est en service, cet espacement ou jeu étant repéré par J sur la . Compte tenu des excitations vibratoires présentes dans une telle turbomachine, cette situation peut conduire à des modes vibratoires des aubes par lesquels leurs plateformes tendent à s’entrechoquer circonférentiellement les unes avec les autres, ce qui est susceptible de les dégrader. De tels modes vibratoires peuvent apparaître sur les aubes rotatives c’est-à-dire portées par des disques, mais aussi apparaître dans des aubes fixes c’est-à-dire portées par un élément fixe tel qu’un redresseur situé par exemple en aval d’un disque aubagé de soufflante ou de compresseur pour réduire la giration du flux ayant traversé les aubes rotatives. Une solution pour amortir les modes vibratoires est de précontraindre chaque aube en torsion lors de leur montage sur le disque. Dans ce cas, les plateformes tendent à tourner autour de leurs axes d’envergure, de sorte que les bords des plateformes de deux aubes circonférentiellement adjacentes restent en appui l’une contre l’autre malgré les effets des efforts centrifuges et de la dilatation thermique. En fonctionnement, les modes vibratoires des aubes engendrent des frottements au niveau des appuis des plateformes ce qui permet d’amortir ces modes vibratoires par friction. Dans ce cadre, l’invention a pour objet d’apporter une solution pour limiter les modes vibratoires de disques aubagés, notamment pour le cas d’aubes en matériau composite à matrice céramique ayant une précontrainte admissible plus basse que celle des aubes en alliage métallique. A cet effet, l’invention a pour objet un ensemble aubagé de turbomachine s’étendant circonférentiellement autour d’un axe de rotation comprenant des aubes, chaque aube s’étendant selon une direction d’envergure radialement par rapport à l’axe de rotation jusqu’à un talon situé à une extrémité radiale libre de l’aube et comportant une plateforme, deux plateformes circonférentiellement adjacentes ayant des bords contigus circonférentiellement en regard l’un de l’autre, caractérisé en ce que : – l’ensemble aubagé est configuré pour que lorsqu’il est à l’arrêt, les bords contigus de plateformes circonférentiellement adjacentes sont circonférentiellement espacés ; – au moins une aube est configurée pour que lorsque l’ensemble rotatif est entrainé en rotation, un bord de sa plateforme vienne en contact avec un bord contigu d’une plateforme circonférentiellement adjacente. Avec cet agencement, il n’est pas nécessaire de précontraindre les aubes en torsion lors de leur montage pour mettre en appui leurs plateformes les unes avec les autres, mais les plateformes viennent en appui les unes sur les autres en fonctionnement pour assurer un amortissement vibratoire. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, comprenant au moins une aube dont le talon présente un centre de gravité déporté par rapport à son pied selon la direction circonférentielle pour que lorsque l’ensemble rotatif est entrainé en rotation, un bord de sa plateforme vienne en contact avec un bord contigu d’une plateforme circonférentiellement adjacente. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel deux bords contigus de deux plateformes circonférentiellement adjacentes ont des formes complémentaires, l’un des bords comportant une échancrure, l’autre bord comportant une protubérance s’engageant dans l’échancrure. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, comprenant au moins une aube en matériau composite à matrice céramique. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, comprenant au moins une aube agencée pour se déformer sous l’effet des efforts centrifuges, dont la plateforme présente un bord ayant une portion de contact avec un bord contigu d’une aube circonférentiellement adjacente, et dans lequel la portion de contact est couverte d’un matériau thermiquement isolant adapté au composite à matrice céramique et au frottement, de type oxydes de terres rares. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, comprenant au moins une portion de contact portée par une protubérance d’un bord de plateforme, cette protubérance ayant une forme de pointe. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, comprenant au moins une portion de contact portée par une protubérance d’un bord de la plateforme, cette protubérance ayant une forme globalement triangulaire. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, comprenant au moins une portion de contact ayant une étendue comprise entre un millimètre carré et dix centimètres carrés. L’invention concerne également une turbomachine comprenant un ensemble aubagé ainsi défini. – La est une vue en coupe longitudinale d’un turboréacteur connu ; – La est une vue en perspective de deux aubes circonférentiellement adjacentes équipant un disque rotatif selon un agencement connu de l’Etat de la technique ; – La est une vue en perspective d’une aube selon l’invention agencée pour fléchir du côté intrados lorsqu’elle subit des efforts centrifuges ; – La est une vue en perspective d’une aube selon l’invention agencée pour fléchir du côté extrados lorsqu’elle subit des efforts centrifuges ; – La est une vue de dessus de deux plateformes d’aubes selon l’invention lorsque la turbomachine qu’elles équipent est à l’arrêt ; – La est une vue de dessus de deux plateformes d’aubes selon l’invention lorsque la turbomachine qu’elles équipent est en service ; – La est une vue en perspective d’une aube montrant les possibilités de déplacement de son talon par rapport à son pied lorsqu’elle est soumise à des efforts centrifuges ; – La est une vue partielle d’un élément de rotor de turbomachine équipé d’aubes selon l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L’idée à la base de l’invention est de concevoir les aubes pour qu’elles se déforment sous l’effet des efforts centrifuges, afin que leurs plateformes viennent en contact circonférentiellement les unes avec les autres seulement à chaud, c’est-à-dire lorsque la turbomachine est en service. A titre d’exemple, deux aubes voisines peuvent être conçues pour se déformer en flexion dans un plan normal à leur axe de rotation, l’une vers son extrados et l’autre vers son intrados, pour que ces déformations de flexions engendrées par les efforts centrifuges provoquent le rapprochement et la mise en contact de leurs plateformes respectives. Sur la , une aube 21a comporte un pied 22a par lequel elle est fixée à un disque (non représenté), prolongé par une pale 23a s’étendant selon une direction d’envergure EVa radiale par rapport à l’axe de rotation AX du disque qui la porte. Cette pale 23a comporte un intrados 24a et un extrados 26a. Elle est terminée par un talon 27a comportant une plateforme 28a ou talon portant ici une portion de léchette amont 29a, et une portion de léchette aval 31a destinées à assurer des fonctions d’étanchéité. Cette aube est agencée pour se déformer sous l’effet des efforts centrifuges qu’elle subit lorsqu’elle est en service, de manière à fléchir vers sa paroi d’intrados, en fléchissant dans un plan P normal à son axe de rotation AX. Cette flexion, engendre un déplacement de la plateforme 28a par rapport au pied 22a, selon la flèche Fi, c’est-à-dire selon une direction circonférentielle par rapport à l’axe AX orientée du côté de l’intrados. L’apparition de cette flexion sous l’effet des efforts centrifuges résulte de la conception et du dimensionnement de l’aube. Elle présente par exemple une paroi d’extrados moins épaisse que sa paroi d’intrados, pour que l’extrados ait selon la direction d’envergure une élasticité plus grande que l’intrados. Le centre de gravité du talon de l’aube peut aussi être déporté vers l’extrados ou au-delà, au lieu d’être situé entre l’extrados et l’intrados selon la direction circonférentielle. Les efforts centrifuges appliqués à ce centre de gravité déporté tendent alors naturellement à engendrer un basculement de la plateforme autour d’un axe parallèle à l’axe AX, et par là-même une flexion de l’aube. La flexion de l’aube peut aussi être engendrée en prenant par exemple en compte les efforts de pression sur l’aube du flux qui passe autour de celle-ci pour la faire pencher plus ou moins fortement de manière à engendrer un déplacement de son talon selon la direction circonférentielle. L’aube 21b de la a une géométrie analogue à celle de la , c’est pourquoi elle comporte les mêmes parties qui sont repérées par les mêmes références numériques mais complétées par la lettre « b » au lieu de la lettre « a ». Cette autre aube 21b est elle aussi agencée pour fléchir sous l’effet des efforts centrifuges, mais en direction opposée, c’est-à-dire du côté de son extrados 26b en fléchissant dans le plan N normal à l’axe AX. Cette flexion opposée engendre un déplacement de sa plateforme 28b par rapport à son pied 22b selon la flèche Fe, c’est-à-dire selon une direction circonférentielle par rapport à l’axe AX orientée du côté de l’extrados. D’une manière analogue, la flexion de l’aube 21b sous l’effet d’efforts centrifuge résulte par exemple d’une paroi d’intrados plus mince que sa paroi d’extrados, et/ou d’un centre de gravité de son talon déporté du côté intrados. Lorsque les aubes 21a et 21b sont portées par un disque en étant voisines l’une de l’autre, leurs plateformes présentent des bords longitudinaux 32a, 33b en vis-à-vis l’un de l’autre, qui sont circonférentiellement espacés l’un de l’autre lorsque la turbomachine est à l’arrêt, par exemple de 5 millimètres. Lorsque la turbomachine est en service, les plateformes 28a et 28b se déplacent circonférentiellement l’une vers l’autre du fait de la flexion des aubes qui les portent résultant des efforts centrifuges qu’elles subissent. Le rapprochement circonférentiellement de ces plateformes engendre le contact d’un bord avec l’autre, de sorte que ces plateformes sont alors circonférentiellement en appui l’une contre l’autre par leurs bords contigus. Cet appui évite ainsi que ces plateformes ne s’entrechoquent, et par là-même il évite ou limite l’apparition d’un mode vibratoire en engendrant circonférentiellement des efforts de frottements entre les aubes lorsqu’elles sont soumises à un mode vibratoire. Dans l’exemple des figures 3 et 4 les deux aubes sont agencées pour fléchir, mais il est aussi possible de prévoir une aube agencée pour fléchir alors que son aube circonférentiellement voisine est agencée pour rester droite. Deux aubes circonférentiellement adjacentes ont ainsi des caractéristiques mécaniques sensiblement différentes pour se rapprocher l’une de l’autre lorsque la turbomachine est en service. Elles sont de ce fait en contact l’une avec l’autre pour assurer un amortissement de par ce contact en soi, ou de par des frottements de l’une contre l’autre à travers ce contact. L’invention permet ainsi d’une part de ne pas avoir de contact entre les plateformes à froid, de sorte qu’il n’y a pas de précontrainte à prévoir lors du montage des aubes, et d’autre part d’établir naturellement un contact circonférentiellement entre les aubes à chaud sous le simple effet de leur rotation. Sur les figures 3 et 4, les bords longitudinaux contigus 32a et 33b des aubes 21a et 21b ont des formes sensiblement rectilignes parallèles à l’axe AX. Comme illustré sur les figures 5 et 6, ces bords ont avantageusement des formes favorisant l’apparition de frottements pour amortir les modes vibratoires. Plus particulièrement, le bord 32a comporte une échancrure 34a, et l’autre bord 33b comporte une protubérance 36b s’engageant dans cette échancrure. Lorsque la turbomachine est au repos comme dans l’exemple de la , la protubérance 36b est engagée dans l’échancrure 34a tout en étant légèrement espacée de celle-ci. Lorsque la turbomachine est en service comme dans l’exemple de la , la protubérance 36b est engagée dans l’échancrure 34a, mais en étant en appui contre celle-ci, au niveau d’une zone de contact constituée par une portion de contact 37a de l’échancrure 34a, et une portion de contact correspondante 38b de la protubérance 36b. Ces portions de contact ou surfaces de contact ont des étendues comprises entre 1 mm carré et 10 cm carrés. Dans l’exemple des figures, la protubérance 36b portant la portion de contact 38b est une protubérance en pointe ayant généralement une forme triangulaire lorsque vue selon la direction d’envergure EVb. Ces portions de contact 37a et 38b sont des portions de surfaces des bords dont elles font partie. Elles sont avantageusement recouvertes d’un matériau adapté au frottement et forment une barrière thermique, de tels matériaux étant habituellement désignés par EBC (Environmental Barrier Coating), de type oxydes de terres rares et pouvant être par exemple le DiSlicate d’Yttrium (DSY) ou le DiSilicate d’Ytterbium (DSYb). Dans l’exemple des figures 3 à 6, les aubes sont agencées pour se déformer en flexion sous l’effet des efforts centrifuges. Mais une aube peut aussi être agencée pour se déformer en torsion sous l’effet des efforts centrifuges, comme représenté schématiquement sur la où l’aube 21a, ayant une morphologie analogue à celle de la , est conçue pour se déformer en torsion autour de son axe d’envergure EVa sous l’effet des efforts centrifuge. Dans ce cas, et comme représenté schématiquement par la flèche R, la plateforme 28a de l’aube tend à tourner autour de l’axe EVa lorsqu’elle subit les efforts centrifuges. Ainsi, lorsque toutes les aubes d’un même disque suivent cette conception, les bords de leurs plateformes peuvent être prévus espacés circonférentiellement les uns des autres lorsque la turbomachine est à l’arrêt. Lorsque la turbomachine est mise en service, les plateformes pivotent sur elles-mêmes autours des axes d’envergures de sorte que leurs bords longitudinaux viennent en appui circonférentiellement les uns contre les autres, de façon à amortir les modes vibratoires par friction, tout comme dans les autres exemples. Là aussi, les bords de plateformes peuvent avoir des profils spécifiques tels que ceux décrits sur les figures 5 et 6, de manière à maximiser les efforts de friction en cas de mode vibratoires, et ces bords sont là aussi avantageusement pourvus de portion de contact en un matériau approprié. La torsion d’une aube sous l’effet des efforts centrifuges résulte de la conception de cette aube, cette torsion résultant par exemple du dévrillage de l’aube sous effort centrifuge. Ce dévrillage peut être accentué par exemple en jouant sur les épaisseurs des parois d’intrados et d’extrados pouvant différer entre la partie centrale de l’aube et ses bords d’attaque et de fuite. Un ensemble aubagé comportant des aubes selon l’invention peut appartenir à un élément de rotor de turbomachine, tel que le disque de rotor DR dont une partie est représentée sur la . Les aubes 21a, 21b peuvent alors être montées par leurs pieds dans des alvéoles correspondantes de ce disque DR en constituant une couronne d’aubes 21a, 21b qui entourent le disque DR tout en étant portées par celui-ci. D’une manière générale, l’invention a été présentée pour des aubes rotatives comportant une plateforme et au moins une léchette fabriquée en matériau de type CMC, mais l’invention s’applique également à des aubes en alliage métallique. Ensemble aubagé de turbomachine s’étendant circonférentiellement autour d’un axe de rotation (AX) et comprenant des aubes (21a, 21b), chaque aube (21a, 21b) s’étendant selon une direction d’envergure (EVa, EVb) radialement par rapport à l’axe de rotation (AX) jusqu’à un talon (27a, 27b) situé à une extrémité radiale libre de l’aube (21a, 21b) et comportant une plateforme (28a, 28b), deux plateformes circonférentiellement adjacentes ayant des bords contigus (32a, 33b) circonférentiellement en regard l’un de l’autre, caractérisé en ce que : – l’ensemble aubagé est configuré pour que lorsqu’il est à l’arrêt, les bords contigus (32a, 33b) de plateformes (28a, 28b) circonférentiellement adjacentes sont circonférentiellement espacés ; – au moins une aube (21a, 21b) est configurée pour que lorsque l’ensemble rotatif est entrainé en rotation, un bord (32a) de sa plateforme (28a) vienne en contact avec un bord contigu (33b) d’une plateforme circonférentiellement adjacente (28b). Ensemble aubagé selon la revendication 1, comprenant au moins une aube (21a, 21b) dont le talon (27a, 27b) présente un centre de gravité déporté par rapport à son pied (22a, 22b) selon la direction circonférentielle pour que lorsque l’ensemble rotatif est entraîné en rotation, un bord (32a) de sa plateforme (28a) vienne en contact avec un bord contigu (33b) d’une plateforme circonférentiellement adjacente (28b). Ensemble aubagé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel deux bords (32a, 33b) contigus de deux plateformes (28a, 28b) circonférentiellement adjacentes ont des formes complémentaires, l’un des bords (32a) comportant une échancrure (34a), l’autre bord (33b) comportant une protubérance (36b) s’engageant dans l’échancrure. Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant au moins une aube (21a, 21b) en matériau composite à matrice céramique. Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant au moins une aube (21a, 21b) dont la plateforme (28a, 28b) présente un bord (32a, 33b) ayant une portion de contact (37a, 38b) avec un bord contigu d’une aube circonférentiellement adjacente, et dans lequel la portion de contact (37a, 38b) est couverte d’un matériau thermiquement isolant adapté au composite à matrice céramique et au frottement, de type oxydes de terres rares. Ensemble aubagé selon la revendication 5, comprenant au moins une portion de contact (37a, 38b) portée par une protubérance (36b) d’un bord de plateforme (28a, 28b), cette protubérance (36b) ayant une forme de pointe. Ensemble aubagé selon la revendication 5 ou 6, comprenant au moins une portion de contact (37a, 38b) portée par une protubérance (36b) d’un bord de la plateforme, cette protubérance (36b) ayant une forme globalement triangulaire. Ensemble aubagé selon l’une des revendications 5 à 7, comprenant au moins une portion de contact (37a, 38b) ayant une étendue comprise entre un millimètre carré et dix centimètres carrés. Turbomachine comprenant un ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 8.