Brevet FR3135110A1 — publié le 20231103

Turbomachine aéronautique à dispositif d’équilibrage amélioré et procédé d’équilibrage de la turbomachine Turbomachine (1) aéronautique comprenant un générateur de gaz ayant au moins un rotor (22, 62) mobile en rotation autour d’un axe central (X) et portant des aubes mobiles (24, 64), la turbomachine (1) comprenant un dispositif d’équilibrage (70) fixé sur le rotor (22, 62) et configuré pour équilibrer le rotor (22, 62) en rotation, le dispositif d’équilibrage (70) comprenant une pluralité de masselottes (72) réparties circonférentiellement autour de l’axe central (X), les masselottes (72) comprenant un alliage à mémoire de forme. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Turbomachine aéronautique à dispositif d’équilibrage amélioré et procédé d’équilibrage de la turbomachine L'invention concerne le domaine des turbomachines aéronautiques. Plus précisément, l’invention concerne l’équilibrage en rotation des rotors de turbomachine, et notamment la correction du balourd dans une turbomachine d’aéronef. Dans les machines tournantes, notamment les turbomachines aéronautiques et en particulier dans les moteurs d’avion, l’équilibrage des rotors est nécessaire afin de réduire les charges et les vibrations transmises aux structures. Cet équilibrage est prévu de manière anticipée, lors de la fabrication et l’assemblage des rotors. Cependant, le balourd final après assemblage ne peut pas être estimé avec précision. Par ailleurs, il est courant qu’un balourd s’installe après l’entrée en service, notamment suite à des évènements particuliers. Cependant, une fois que la turbomachine est assemblée et qu’elle rentre en service, la modification de la répartition des masses sur le rotor nécessite des opérations de maintenance très conséquentes. De telles opérations pour corriger un balourd dans une zone difficilement accessible du rotor nécessite donc le démontage de la turbomachine. Ces opérations de maintenance peuvent être complexes, chronophages et coûteuses. Il existe donc un besoin pour palier au moins en partie les inconvénients précités. Le présent exposé concerne une turbomachine aéronautique comprenant un générateur de gaz ayant au moins un rotor mobile en rotation autour d’un axe central et portant des aubes mobiles, la turbomachine comprenant un dispositif d’équilibrage fixé sur le rotor et configuré pour équilibrer le rotor en rotation, le dispositif d’équilibrage comprenant une pluralité de masselottes réparties circonférentiellement autour de l’axe central, les masselottes comprenant un alliage à mémoire de forme. Da manière connue en soit, le générateur de gaz peut comprendre, d’amont en aval selon le sens normal d’écoulement des gaz dans la turbomachine, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Les turbines et les compresseurs s’étendent autour de l’axe central, et comprennent chacun au moins un stator portant des aubes fixes, et au moins un rotor portant des aubes mobiles et tournant autour de l’axe central. Le dispositif d’équilibrage peut être fixé sur le rotor du compresseur haute ou basse pression, et/ou sur le rotor de la turbine haute ou basse pression. Le dispositif d’équilibrage permet d’équilibrer le rotor lors de la rotation de ce dernier, en compensant l’existence ou l’apparition d’un balourd sur ce rotor. Le dispositif d’équilibrage permet ainsi de limiter les charges et les vibrations transmises aux structures de la turbomachine. Par ailleurs, la réduction des vibrations du rotor permet d’améliorer le confort des passagers de l’aéronef et permet également de limiter les sollicitations en efforts cycliques des pièces. Pour ce faire, le dispositif d’équilibrage comprend une pluralité de masselottes d’équilibrage réparties circonférentiellement, de préférence à intervalles réguliers, autour de l’axe central. En outre, les masselottes sont formées d’un alliage à mémoire de forme, de préférence métallique. Par « mémoire de forme », on comprend un alliage qui après avoir été déformé depuis une géométrie initiale, peut retrouver sa géométrie initiale par application de chaleur. Ainsi, en fixant sur le rotor des masselottes à mémoire de forme et ayant été préalablement déformées, il est possible, notamment par une simple application de chaleur, de modifier la géométrie de celles-ci de manière à ce qu’elles retrouvent leur géométrie initiale, un tel changement de géométrie entrainant une modification de la répartition de leur masse. Une telle opération peut notamment s’effectuer de manière ciblée sur une masselotte particulière, permettant de compenser la présence d’un balourd situé à l’opposé de cette masselotte. Le dispositif d’équilibrage permet ainsi un équilibrage dit « in-situ », c’est-à-dire pouvant s’opérer au sol sans nécessiter aucune opération de démontage. Plus précisément, hormis des opérations simples et peu contraignantes telles que retirer un bouchon, un cache, le cône de tuyère, ou passer par un trou de boroscopie, il n’est pas nécessaire de démonter le moteur, l’aile de l’avion ou le démontage de la turbine basse pression. En particulier, ce dispositif permet l’équilibrage sans démontage de la turbomachine même dans des zones difficilement accessibles du rotor. Cela permet de simplifier les opérations de maintenance, en réduisant notamment leur coût et leur durée. Dans certains modes de réalisation, chacune des masselottes est configurée pour présenter une géométrie déformée lorsqu’une température dans le rotor est inférieure à une valeur seuil prédéterminée, et pour retrouver une géométrie initiale lorsque la température est supérieure ou égale à la valeur seuil prédéterminée, un centre de gravité de chacune des masselottes dans la géométrie initiale étant différent d’un centre de gravité dans la géométrie déformée. On comprend que la géométrie initiale est la géométrie nominale, ou géométrie « naturelle » de la masselotte, en l’absence de toute déformation de celle-ci. On comprend également que la valeur seuil prédéterminée de la température est la température à partir de laquelle la masselotte à mémoire de forme ayant été déformée, retrouve sa géométrie initiale, c’est-à-dire sa géométrie nominale. On comprend à cet égard que la valeur seuil prédéterminée dépend du matériau à mémoire de forme utilisé. Ainsi, lorsque la température au sein du rotor est inférieure à la valeur seuil prédéterminée, les masselottes à mémoire de forme restent dans leur géométrie déformée. A l’inverse, lorsque la température en un point du rotor devient supérieure à la valeur seuil prédéterminée, la ou les masselottes adjacentes à ce point se déforment pour retrouver leur géométrie initiale, qui est distincte de la géométrie déformée. Ce changement de géométrie engendre une modification de la répartition de la masse de la ou des masselotte(s), et donc un déplacement de son centre de gravité. Un tel déplacement du centre de gravité permet ainsi, de manière simple, de compenser la présence d’un balourd en un point du rotor opposé au point duquel la masselotte déformée est adjacente. Dans certains modes de réalisation, la valeur seuil prédéterminée est supérieure d’au moins 100°C à une température de fonctionnement nominale du rotor de la turbomachine. On comprend par « température de fonctionnement nominale », une température normale de fonctionnement de la turbomachine lorsque celle-ci est en fonctionnement, et lorsque l’aéronef comprenant la turbomachine est en vol, en l’absence de toute anomalie au sein de la turbomachine. On comprend également que cette température de fonctionnement nominale dépend de la zone considérée de la turbomachine. Par exemple, lorsque le dispositif d’équilibrage est disposé sur le rotor du compresseur basse pression, une température de fonctionnement nominale du rotor du compresseur basse pression étant d’environ 200°C, l’alliage à mémoire de forme choisi pour les masselottes sera tel que la valeur seuil prédéterminée soit supérieure à 300°C (200°C + 100°C). Cette valeur permet de fournir une marge suffisante pour que, lors d’un fonctionnement normal de la turbomachine et en l’absence de balourd, les masselottes à mémoire de forme ne se déforment pas lorsque cela n’est pas souhaité. Dans certains modes de réalisation, le dispositif d’équilibrage comprend au moins une paire de masselottes, les deux masselottes de la paire de masselottes étant fixées sur le rotor de manière diamétralement opposées l’une de l’autre par rapport à l’axe central. Le fait de disposer les masselottes de manière diamétralement opposées l’une de l’autre par rapport à l’axe central permet d’assurer le maintien de l’équilibrage du rotor même en cas de surchauffe anormale du rotor, entrainant une modification de la géométrie de toutes les masselottes. Dans certains modes de réalisation, le dispositif d’équilibrage comprend entre 1 et 80 paires de masselottes, de préférence au moins 30 paires de masselottes. Un nombre élevé de masselottes réparties de préférence à intervalles réguliers autour de l’axe central permet d’améliorer l’efficacité du dispositif, en permettant un équilibrage quelle que soit la position du balourd. Dans certains modes de réalisation, le dispositif d’équilibrage comprend une couronne de support fixée sur une bride du rotor, les masselottes étant des bandelettes fixées sur la couronne de support. On comprend que la couronne de support comprend un matériau métallique « classique », c’est-à-dire un matériau qui n’est pas à mémoire de forme, et qui ne se déforme pas sous l’application de chaleur contrairement aux masselottes qu’elle supporte. En outre, le fait de fixer les masselottes, en d’autres termes les bandelettes sur la couronne, puis de fixer celle-ci sur le rotor, permet de simplifier l’opération d’installation du dispositif d’équilibrage dans la turbomachine. Les bandelettes présentent la forme de petites plaques, ayant une longueur, une largeur, et une épaisseur très inférieure à la longueur et à la largeur, et pouvant être fixées sur la couronne de support par vissage, par collage ou par soudage. Dans certains modes de réalisation, chacune des bandelettes est configurée pour passer d’une position rétractée lorsque la température dans le rotor est inférieure à une valeur seuil prédéterminée, à une position déployée lorsque la température dans le rotor est supérieure ou égale à la valeur seuil prédéterminée. La position rétractée peut être une position dans laquelle les bandelettes sont repliées sur elle-même, et la position déployée peut être une position dans laquelle les bandelettes sont dépliées. Dans certains modes de réalisation, les masselottes s’étendent dans un plan de déformation perpendiculaire à l’axe central et sont configurées pour se déformer dans une direction radiale perpendiculaire à l’axe central. On comprend que les masselottes, notamment les bandelettes sont comprises dans le plan de déformation, et se déforment également dans ce plan de déformation dans une direction radiale vers l’extérieur, de telle sorte qu’elles se trouvent dans ce plan de déformation lorsqu’elles sont en position déployée. De préférence, une longueur principale des bandelettes s’étend dans une direction radiale par rapport à l’axe central, et les bandelettes se déforment également selon la direction radiale, dans le plan de déformation. En d’autres termes, le centre de gravité se déplace dans la direction radiale, de manière à améliorer la compensation d’un balourd existant. Dans certains modes de réalisation, l’alliage à mémoire de forme est l’un parmi un alliage comprenant du nickel, du titane, du cuivre, zinc ou de l’aluminium. Dans certains modes de réalisation, la turbomachine comprend au moins un trou d’inspection par boroscopie, une extrémité du trou d’inspection débouchant en vis-à-vis du dispositif d’équilibrage. Les trous d’inspection par boroscopie sont usuellement présents dans les turbomachines aéronautiques, et permettent d’y introduire un boroscope pouvant atteindre des zones difficiles d’accès. Le fait de disposer le dispositif d’équilibrage en vis-à-vis d’une extrémité d’un tel trou d’inspection permet, sans nécessité de démontage du rotor, l’application de chaleur sur les masselottes afin de provoquer la déformation de l’une ou de plusieurs d’entre elles, par l’intermédiaire de ce trou d’inspection. Le présent exposé concerne également un procédé d’équilibrage d’un rotor d’une turbomachine aéronautique selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, comprenant : - la fixation du dispositif d’équilibrage sur le rotor, - la détection d’un balourd dans le rotor au cours de la rotation du rotor, - l’application de chaleur sur le dispositif d’équilibrage de manière à déformer au moins une masselotte comprenant un alliage à mémoire de forme, de manière à compenser ledit balourd. La fixation du dispositif d’équilibrage sur le rotor comprend la fixation de chacune des masselottes, notamment des bandelettes, soit directement sur une bride du rotor par exemple, soit sur une couronne de support, elle-même fixée ensuite sur le rotor. Le rotor peut être équipé d’au moins un capteur permettant la détection d’un balourd engendrant des vibrations de la turbomachine, et la position de ce balourd. A partir de la détection de ce balourd et de sa position, l’application de chaleur, par exemple par l’intermédiaire d’un trou d’inspection par boroscopie, sur l’une des masselottes à mémoire située de manière diamétralement opposée par rapport à la position du balourd, permet de provoquer la déformation de cette masselotte retrouvant sa géométrie initiale, et permet ainsi la compensation du balourd, sans nécessiter le démontage du rotor. Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend, avant la fixation du dispositif d’équilibrage sur le rotor, la déformation des masselottes depuis une géométrie initiale vers une géométrie déformée, les masselottes retrouvant leur géométrie initiale à partir d’une valeur seuil prédéterminée de température lors de l’application de chaleur sur le dispositif d’équilibrage. La géométrie initiale est la forme « naturelle » des masselottes, notamment des bandelettes, avant toute déformation de celles-ci. Ces masselottes sont alors déformées de manière à obtenir une géométrie déformée par rapport à leur géométrie initiale. Par exemple, les bandelettes métalliques peuvent être pliées en deux sur elles-mêmes. Les masselottes sont ensuite fixées sur le rotor dans cette géométrie déformée. Compte tenu des propriétés mécaniques des masselottes à mémoire de forme, l’application de chaleur permet, à partir d’une certaine valeur seuil de température, de déformer à nouveau les masselottes pour qu’elles retrouvent leur géométrie initiale. On notera que la chauffe est maintenue jusqu’à déploiement complet de la bande. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : La est une vue en coupe d’une turbomachine comprenant un dispositif d’équilibrage selon un mode de réalisation, La représente schématiquement différentes phase de déformation d’une masselotte à mémoire de forme dans une vue latérale, La est une vue de face d’une masselotte à mémoire de forme utilisée dans le dispositif d’équilibrage, La représente la masselotte de la dans une géométrie initiale (à gauche) et dans une géométrie déformée (à droite), La est une vue de face en plan du dispositif d’équilibrage utilisé dans la turbomachine de la , La représente le dispositif d’équilibrage de la avant application de chaleur (à gauche) et après application de chaleur sur les masselottes à mémoire de forme (à droite), La représente schématiquement les différentes étapes d’un procédé d’équilibrage d’un rotor de turbomachine. Turbomachine (1) aéronautique comprenant un générateur de gaz ayant au moins un rotor (22, 62) mobile en rotation autour d’un axe central (X) et portant des aubes mobiles (24, 64), la turbomachine (1) comprenant un dispositif d’équilibrage (70) fixé sur le rotor (22, 62) et configuré pour équilibrer le rotor (22, 62) en rotation, le dispositif d’équilibrage (70) comprenant une pluralité de masselottes (72) réparties circonférentiellement autour de l’axe central (X), les masselottes (72) comprenant un alliage à mémoire de forme. Turbomachine (1) selon la revendication 1, dans laquelle chacune des masselottes (72) est configurée pour présenter une géométrie déformée lorsqu’une température dans le rotor (22, 62) est inférieure à une valeur seuil prédéterminée, et pour retrouver une géométrie initiale lorsque la température est supérieure ou égale à la valeur seuil prédéterminée, un centre de gravité de chacune des masselottes (72) dans la géométrie initiale étant différent d’un centre de gravité dans la géométrie déformée. Turbomachine (1) selon la revendication 2, dans laquelle la valeur seuil prédéterminée est supérieure d’au moins 100°C à une température de fonctionnement nominale du rotor (22, 62) de la turbomachine (1). Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le dispositif d’équilibrage (70) comprend au moins une paire de masselottes (70), les deux masselottes (72) de la paire de masselottes (72) étant fixées sur le rotor (22, 62) de manière diamétralement opposées l’une de l’autre par rapport à l’axe central (X). Turbomachine (1) selon la revendication 4, dans laquelle le dispositif d’équilibrage (70) comprend entre 1 et 80 paires de masselottes (72), de préférence au moins 30 paires de masselottes (72). Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le dispositif d’équilibrage (70) comprend une couronne de support (74) fixée sur une bride du rotor (22, 62), les masselottes (72) étant des bandelettes fixées sur la couronne de support (74). Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les masselottes (72) s’étendent dans un plan de déformation (P) perpendiculaire à l’axe central (X) et sont configurées pour se déformer dans une direction radiale (R) perpendiculaire à l’axe central (X). Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle l’alliage à mémoire de forme est l’un parmi un alliage comprenant du nickel, du titane, du cuivre, zinc ou de l’aluminium. Turbomachine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant au moins un trou d’inspection (80) par boroscopie, une extrémité (81) du trou d’inspection (80) débouchant en vis-à-vis du dispositif d’équilibrage (70). Procédé d’équilibrage d’un rotor (22, 62) d’une turbomachine (1) aéronautique selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant : - la fixation du dispositif d’équilibrage (70) sur le rotor (22, 62), - la détection d’un balourd dans le rotor (22, 62) au cours de la rotation du rotor (22, 62), - l’application de chaleur sur le dispositif d’équilibrage (70) de manière à déformer au moins une masselotte (72) comprenant un alliage à mémoire de forme, de manière à compenser ledit balourd. Procédé selon la revendication 10 comprenant, avant la fixation du dispositif d’équilibrage (70) sur le rotor (22, 62), la déformation des masselottes (72) depuis une géométrie initiale vers une géométrie déformée, les masselottes (72) retrouvant leur géométrie initiale à partir d’une valeur seuil prédéterminée de température lors de l’application de chaleur sur le dispositif d’équilibrage (70).