Brevet FR3137128A1 — publié le 20231229

L’invention a pour objet un ensemble rotatif de turbomachine s’étendant autour d’un axe de rotation, comprenant un disque portant des aubes (21a, 21b) et étant destiné à être entouré par un carter traversé par un flux circulant d’amont en aval lorsque la turbomachine est en service, dans lequel chaque aube (21a, 21b) s’étend radialement par rapport à l’axe de rotation depuis un pied (22a, 22b) par lequel elle est solidarisée au disque jusqu’à un talon (24a, 24b) opposé au pied (22a, 22b), ce talon (24a, 24b) comportant une plateforme (26a, 26b) portant au moins une léchette (27a, 27b, 28a, 28b), et dans lequel : – plusieurs léchettes (27a, 27b, 28a, 28b) comportent au moins un orifice traversant (29a, 29b) ; – au moins un câble (31) traverse des orifices (29a, 29b) formés dans les léchettes (27a, 27b) d’au moins deux plateformes (26a, 26b). Figure pour l’abrégé : Figure 3 Ensemble de turbomachine comportant des aubes portant des léchettes et un câble reliant les léchettes les unes aux autres 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 pour traverser 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’extérieur en générant une poussée. Cette poussée est générée vers l’aval du turboréacteur selon le sens de circulation du flux dans celui-ci. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l’aval 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 montée 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 ou talon portant ici deux 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 circonférentiellement 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 circonférentiellement les unes aux autres pour délimiter conjointement une virole. 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 circonférentiellement 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. Dans le cas d’un redresseur, le document FR2978798 enseigne de prévoir d’une part un cordon circonférentiel traversant des anneaux portés par les plateformes, et d’autre part que chaque plateforme comporte une protubérance en appui sur la face externe de la plateforme voisine. En fonctionnement, les efforts de frottements circonférentiels du cordon dans les anneaux s’opposent aux mouvements relatifs des plateformes, pour réduire l’amplitude de leurs modes vibratoires. De manière analogue, les frottements circonférentiels des protubérances sur les faces externes freinent les déplacements circonférentiels des plateformes les unes par rapport aux autres pour réduire les modes vibratoires correspondants. En pratique, la mise en œuvre d’un cordon nécessite de prévoir des anneaux ou œillets et de disposer d’un espace significatif au niveau de faces externes des plateformes, ce qui est pénalisant en termes d’intégration au point que cette solution n’est pas compatible avec des aubes rotatives. La mise en œuvre des protubérances engendrant des efforts de frottements nécessite quant à elle d’établir des précontraintes élevées lors du montage des aubes, c’est-à-dire des contraintes statiques compliquant à la fois la conception et le montage de ces aubes. La résolution de ce problème pour les aubes en matériau composite à matrice céramique (CMC) est plus délicate que pour les aubes en alliage métallique, du fait que les contraintes mécaniques admissibles pour les aubes CMC sont inférieures à celles des aubes en alliage métallique. 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, et comprenant, dans lequel chaque aube s’étend radialement jusqu’à un talon situé à une extrémité radiale libre de l’aube, ce talon comportant une plateforme portant au moins une léchette qui dépasse radialement du talon, caractérisé en ce que : – deux léchettes comportent chacune au moins un orifice traversant, – l’ensemble aubagé comporte au moins un câble traversant les deux léchettes pour les relier entre elles via leurs orifices. Avec cet agencement, le câble engendre des efforts de frottements qui s’opposent aux déplacements circonférentiels relatifs des aubes en fonctionnement, de manière à réduire leurs modes vibratoires. L’invention a également pour objet un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel une des léchettes comprend plusieurs orifices traversés par le câble. L’invention a également pour objet un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel chaque plateforme porte une léchette amont et une léchette aval, et dans lequel le câble traverse un orifice de la léchette amont et un orifice de la léchettes aval. L’invention a également pour objet un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel les plateformes délimitent conjointement une virole annulaire, et dans lequel le câble s’étend sur 360° autour de la virole annulaire. L’invention a également pour objet un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel les extrémités du câble sont soudées ou nouées pour constituer une boucle fermée. L’invention a également pour objet un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel le câble est un câble tressé de manière à présenter une surface rugueuse. L’invention a également pour objet un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel le câble est formé dans un matériau de type superalliage métallique à base de nickel de cobalt ou de fer. L’invention a également pour objet un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel les aubes sont des aubes en matériau composite à matrice céramique. L’invention concerne également une turbomachine équipée d’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 de deux aubes circonférentiellement adjacentes équipant un disque rotatif selon l’invention ; – La est une vue de dessus des plateformes de deux aubes circonférentiellement adjacentes selon l’invention ; – La est une vue de dessus des plateformes de quatre aubes successivement adjacentes selon l’invention ; – 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 d’assurer un amortissement des modes vibratoires des aubes avec un câble reliant entre elles les léchettes portées par les plateformes des aubes pour engendrer des efforts de frottements lorsque ces plateformes se déplacent circonférentiellement les unes par rapport aux autres. En fonctionnement, les efforts de frottements engendrés s’opposent aux déplacements des plateformes en dissipant de l’énergie pour amortir les modes vibratoires. Sur la , une aube 21a comporte un pied 22a par lequel elle est montée 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 du disque. Cette pale 23a est terminée par un talon 24a situé à son extrémité radiale libre, ce talon comportant une plateforme 26a portant ici une léchette amont 27a, et une léchette aval 28a destinées à assurer des fonctions d’étanchéité. Une autre aube 21b, circonférentiellement voisine de l’aube 21a sur la et qui a la même morphologie, comporte les mêmes éléments désignés par les mêmes références numériques mais complétées par la lettre « b » au lieu de la lettre « a ». Ces deux aubes circonférentiellement adjacentes sont portées par un même disque non représenté qui tourne autour d’un axe de rotation du moteur lorsque celui-ci est en service, et lorsqu’elles ne sont pas en service, les bords longitudinaux des plateformes 26a et 26b sont jointifs. Comme visible sur la la léchette amont 27b de l’aube 21b s’étend circonférentiellement dans le prolongement de la léchette amont 27a de l’aube 21a. De manière analogue, la léchette aval 28b de l’aube 21b s’étend circonférentiellement dans le prolongement de la léchette aval 28a de l’aube 21a. Les léchettes amont de l’ensemble des aubes portées par le disque délimitent conjointement une couronne amont s’étendant circonférentiellement autour de la virole cylindrique délimitée par les plateformes portant ces léchettes. Le bord extérieur de cette couronne amont glisse le long d’éléments abradables non représentés qui sont portés par le carter du moteur, pour assurer une étanchéité grâce à laquelle le flux traversant les aubes ne peut pas contourner celles-ci en passant radialement au-delà des plateformes. De la même manière, la couronne aval constituée par les léchettes aval glisse le long d’un élément abradable non représenté pour assurer une étanchéité s’opposant au passage de flux radialement au-delà des plateformes. La couronne amont et la couronne aval sont espacées l’une de l’autre le long de l’axe de rotation du moteur par une distance inférieure à la longueur des plateformes le long de cet axe. Lorsque le moteur qu’elles équipent est en service, ces aubes sont soumises à des températures élevées, et à des efforts centrifuges importants qui tendent à allonger ces aubes selon leurs direction d’envergure, et par voie de conséquence à espacer circonférentiellement leurs plateformes les unes des autres. Ainsi, et comme représenté schématiquement sur la , les bords longitudinaux des plateformes 26a et 26b qui sont contigus sont espacés circonférentiellement l’un de l’autre lorsque le moteur est en service, par un jeu repéré par J. Cet espacement circonférentiel des plateformes en service contribue à l’établissement d’un mode vibratoire par lequel les plateformes se déplacent circonférentiellement les unes par rapport aux autres, leurs bords longitudinaux contigus étant alors susceptibles de s’entrechoquer dans un tel mode vibratoire. Selon l’invention, plusieurs léchettes comportent un orifice traversant, et un câble traverse ces orifices, pour engendrer des frottements lorsque les plateformes portant ces léchettes se déplacent circonférentiellement les unes par rapport aux autres. Sur la , la léchette 27a comporte un trou ou orifice traversant 29a, et la léchette 27b comporte un autre orifice traversant repéré par 29b. Complémentairement, un câble repéré par 31 traverse ces deux orifices en constituant, comme visible sur la , une boucle fermée s’étendant de part et d’autre de chacune de ces léchettes 27a et 27b. En fonctionnement, l’écartement et le rapprochement des deux plateformes 26a et 26b, sous l’effet d’une sollicitation vibratoire, engendre des frottements du câble 31 au niveau des orifices 29a et 29b qu’il traverse qui s’opposent à ces déplacements relatifs des plateformes. Dans l’exemple de la , le câble 31 forme une boucle s’étendant uniquement entre les orifices 29a et 29b, mais d’autres cheminements sont possibles pour ce câble. Par exemple, toutes les léchettes amont étant pourvues d’un orifice, le câble 31 peut traverser chaque trou, en s’étendant alternativement le long de la face amont et le long de la face aval de la couronne amont, de manière décrire un motif de type zig-zag, en s’étendant sur 360° autour de l’axe de rotation. Les léchettes aval peuvent également comporter des orifices, repérés par 32a et 32b sur la , dans laquelle on a représenté, en plus des plateformes 26a et 26b, une autre plateforme 26c portant des léchettes amont 27c et aval 28c, et une autre plateforme 26d portant des léchettes amont 27d et aval 28d. Dans cette autre configuration, le câble 31 forme une boucle traversant les orifices 29a-29d et 32a-32d des différentes léchettes, tout en constituant une boucle qui s’étend de la couronne amont à la couronne aval. Plus particulièrement, le câble 31 s’étend de part et d’autre de la couronne amont en traversant ses orifices 29b et 29c, il s’étend de part et d’autre de la couronne aval en traversant ses orifices 32b et 32c, et il traverse successivement les orifices 29a et 32a ainsi que les orifices 29d et 32d en s’étendant parallèlement à l’axe AX, de manière à constituer une boucle fermée. Là encore, d’autres dispositions sont possible, comme par exemple un premier câble traversant tous les orifices de la couronne amont pour y former un motif de type zig-zag, et un autre câble traversant tous les orifices de la couronne aval pour y former un autre motif en zig-zag. Il est également possible de prévoir plusieurs orifices par léchette, de manière à accroître la surface de contact entre le câble et les orifices de manière à augmenter les efforts de frottements générés lorsque l’ensemble est en fonctionnement. D’une manière plus générale, le câble 31 n’est pas tendu : il est au contraire lâche lorsque la turbomachine est à l’arrêt, de manière à ne pas subir de contraintes internes trop importantes lorsque la turbomachine est en service. L’effort centrifuge que subit le câble lorsque la turbomachine est mise en service assure que le câble est en contact effectif avec les orifices qu’il traverse lorsque la turbomachine est en service, de façon à générer des efforts de frottement sous l’effet des déplacements circonférentiels relatifs des plateformes. En ce qui concerne le montage, le câble est avantageusement mis en place après montage des aubes sur le disque qui les porte, en étant inséré dans les orifices correspondants, les extrémités du câble étant nouées ou bien soudées l’une à l’autre de manière à constituer une boule fermée. Pour accroître les efforts de frottements qu’il génère, le câble a avantageusement une texture rugueuse comme celle d’une tresse, pouvant être en superalliage métallique à base de nickel, de cobalt ou de fer. L’objectif étant d’avoir un coefficient de frottement important entre le câble et chaque trou qu’il traverse, cela peut être obtenu par un câble tressé ou par tout autre moyen pour accroître la rugosité, comme par exemple le sablage. 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 fabriquées 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, et comprenant des aubes (21a, 21b), dans lequel chaque aube (21a, 21b) s’étend radialement jusqu’à un talon (24a, 24b) situé à une extrémité radiale libre de l’aube (21a, 21b), ce talon (24a, 24b) comportant une plateforme (26a-26d) portant au moins une léchette (27a-27d, 28a-28d) qui dépasse radialement du talon (24a, 24b), caractérisé en ce que : – deux léchettes (27a-27d, 28a-28d) comportent chacune un orifice (29a-29d, 32a-32d) traversant, – l’ensemble aubagé comporte au moins un câble (31) traversant les deux léchettes (27a-27d, 28a-28d) pour les relier entre elles via leurs orifices (29a-29d, 32a-32d). Ensemble aubagé selon la revendication 1, dans lequel une des léchettes (27a-27d, 28a-28d) comprend plusieurs orifices traversés par le câble (31). Ensemble aubagé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque plateforme (26a-26d) porte une léchette amont (27a-27d) et une léchette aval (28a-28d), et dans lequel le câble (31) traverse un orifice de la léchette amont (27a-27d) et un orifice de la léchette aval (28a-28d). Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les plateformes (26a-26d) circonférentiellement adjacentes délimitent conjointement une virole annulaire, et dans lequel le câble (31) s’étend sur 360° autour de la virole annulaire. Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les extrémités du câble (31) sont soudées ou nouées entre elles en formant une boucle fermée. Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le câble (31) est un câble tressé de manière à présenter une surface rugueuse. Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le câble est formé dans un matériau de type superalliage métallique à base de nickel ou de cobalt ou de fer. Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les aubes (21a, 21b) sont des aubes en matériau composite à matrice céramique. Turbomachine équipée d’un ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 8.