Brevet FR3137124A1 — publié le 20231229

L’invention a pour objet un ensemble rotatif de turbomachine tournant autour d’un axe (AX), comprenant un disque portant des aubes (21b, 21c) et étant destiné à être entouré par un carter traversé par un flux circulant d’amont en aval, dans lequel chaque aube (21b, 21c) s’étend radialement depuis un pied (22b, 22c) jusqu’à un talon (24b, 24c) comportant une plateforme (26b, 26c) portant au moins une léchette (27a, 27b), caractérisé en ce que : – il comporte une alternance d’aubes (21c) précontraintes vers l’amont et d’aubes (21b) précontraintes vers l’aval, chaque aube précontrainte vers l’amont (21c) ayant son talon (24c) tendant à se décaler vers l’amont, chaque aube précontrainte vers l’aval (21b) ayant son talon (24b) tendant à se décaler vers l’aval ; – les paires d’aubes adjacentes ont des léchettes (27b, 27c) dont les extrémités (27b1, 27b2, 27c1, 27c2) se chevauchent en étant pressées axialement par les précontraintes des aubes. Figure pour l’abrégé : Figure 3 Ensemble de turbomachine comportant des aubes portant des léchettes dont les extrémités se recouvrent mutuellement selon la direction circonférentielle 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 5 avant d'arriver dans une chambre de combustion 6, après quoi il se détend en traversant un ensemble de turbines 7, 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 pouvant entrainer la soufflante, la partie compresseur ou la partie 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 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 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 selon la direction circonférentielle 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 . Une dilatation circonférentielle des plateformes a également lieu, qui limite le jeu en question mais sans pour autant l’annuler. 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 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 et comprenant des aubes, dans lequel chaque aube s’étend radialement par rapport à l’axe de rotation jusqu’à un talon situé à une extrémité libre de l’aube, ce talon comportant une plateforme portant au moins une léchette qui s’étend radialement en dépassant de la plateforme, caractérisé en ce que deux aubes circonférentiellement adjacentes ont des léchettes dont les extrémités s’étendent circonférentiellement de manière à se chevaucher selon la direction de l’axe de rotation en étant en contact axialement l’une contre l’autre. Avec cet agencement, les aubes n’ont à être précontraintes que selon la direction axiale, ce qui simplifie significativement la mise en œuvre d’une solution d’amortissement de modes vibratoires. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, comportant une alternance d’aubes précontraintes vers l’amont et d’aubes précontraintes vers l’aval, chaque aube précontrainte vers l’amont ayant son talon tendant à se décaler vers l’amont, chaque aube précontrainte vers l’aval ayant son talon tendant à se décaler vers l’aval. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel chaque aube porte une léchette amont et une léchette aval qui dépassent radialement de la plateforme, et dans lequel les extrémités circonférentielles de léchettes amont de deux aubes circonférentiellement adjacentes s’étendent circonférentiellement de manière à se chevaucher selon la direction de l’axe de rotation. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel chaque aube porte une léchette amont et une léchette aval, et dans lequel les extrémités de léchettes aval de deux aubes circonférentiellement adjacentes s’étendent circonférentiellement de manière à se chevaucher selon la direction de l’axe de rotation. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel au moins une léchette comporte des extrémités circonférentielles qui sont déportées axialement par rapport au corps de cette léchette. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, comprenant une alternance d’aubes, chaque aube comportant une ou des léchettes dont les extrémités s’étendent de manière à dépasser circonférentiellement de la plateforme qui les portent, et une ou des léchettes dont les extrémités s’étendent sans dépasser circonférentiellement de la plateforme qui les portent. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel les aubes sont en matériau composite à matrice céramique. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel les aubes sont précontraintes par décalage de leurs pieds par rapport au disque qui les porte, selon la direction proche de l’axe de rotation. L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel les aubes sont précontraintes en étant incurvées vers l’amont ou vers l’aval lorsque vues dans un plan contenant l’axe de rotation. L’invention concerne également une turbomachine comprenant un ensemble 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 quatre aubes circonférentiellement adjacentes conformément à un premier mode de réalisation de l’invention ; – La est une vue latérale d’un premier exemple d’aube précontrainte vers l’amont ; – La est une vue latérale d’un deuxième exemple d’aube précontrainte vers l’amont ; – La est une vue de dessus des plateformes de quatre aubes circonférentiellement adjacentes conformément à un deuxième mode de réalisation de l’invention ; – La est une vue de dessus des plateformes de quatre aubes circonférentiellement adjacentes conformément à un troisième mode de réalisation de 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 l’amortissement vibratoire en prévoyant des extrémités de léchettes qui se recouvrent tout en étant axialement en appui les unes sur les autres pour engendrer des efforts de friction lorsque les plateformes portant ces léchettes se déplacent circonférentiellement l’une par rapport à l’autre. Dans ce cadre, les aubes sont précontraintes en alternance vers l’amont et vers l’aval, de manière à assurer que les extrémités de léchettes sont axialement pressées les unes sur les autres. Sur la , une aube 21b comporte un pied 22b par lequel elle est fixée à un disque (non représenté), prolongé par une pale 23b s’étendant selon une direction d’envergure EVb radiale par rapport à l’axe de rotation du disque. Cette pale 23b est terminée par un talon 24b comportant une plateforme 26b ou talon portant ici une léchette amont 27b, et une léchette aval 28b destinées à assurer des fonctions d’étanchéité. Cette plateforme 26b est délimitée circonférentiellement par deux bords longitudinaux 29b et 31b. Une autre aube 21c, voisine de l’aube 21b sur la et qui a la même morphologie, comporte les mêmes éléments désignés par les mêmes références numériques mais terminées par la lettre « c » au lieu de la lettre « b ». Ces deux aubes sont portées par un même disque non représenté qui tourne autour d’un axe de rotation lorsque le moteur est en service. Comme visible sur la la léchette aval 28c de l’aube 21c s’étend circonférentiellement dans le prolongement de la léchette aval 28b de l’aube 21b. De manière analogue, la léchette amont 27c de l’aube 21c s’étend circonférentiellement essentiellement dans le prolongement de la léchette amont 27b de l’aube 21b. Les léchettes amont de l’ensemble des aubes portées par le disque délimitent conjointement une léchette amont s’étendant circonférentiellement autour de l’anneau cylindrique délimité par les plateformes. Le bord extérieur de cette léchette amont glisse le long d’éléments abradables non représentés portés par un carter, pour assurer une étanchéité afin que le flux traversant les aubes ne contourne pas celles-ci en passant au-delà des plateformes. De la même manière, la léchette 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 léchette amont et la léchette 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. Comme visible sur les figures 3 et 4, les léchettes amont 27b et 27c ont des extrémités qui se recouvrent circonférentiellement tout en étant en appui selon la direction axiale correspondant à l’axe de rotation AX du moteur l’une contre l’autre. La léchette 27b est une léchette droite qui s’étend circonférentiellement depuis une première extrémité circonférentielle 27b1 jusqu’à une seconde extrémité 27b2. Cette léchette 27b est droite, c’est-à-dire qu’elle s’étend sensiblement selon un même plan normal à l’axe de rotation AX. La léchette 27c est une léchette à extrémités déportées qui s’étend circonférentiellement depuis une première extrémité 27c1 jusqu’à une seconde extrémité 27c2, mais sa première extrémité 27c1 est déportée axialement vers l’aval par rapport au corps de la léchette 27c, et elle dépasse circonférentiellement au-delà du bord longitudinal 29c de la plateforme. La seconde extrémité 27c2 est elle aussi déportée axialement vers l’aval par rapport au corps de la léchette 27c et elle dépasse au-delà du bord longitudinal 31c. Il est également possible de prévoir une configuration dans laquelle les extrémités sont déportées axialement vers l’amont au lieu d’être déportées vers l’aval. Comme visible sur les figures 3 et 4, grâce au déport de la première extrémité 27c1 et à son dépassement du bord longitudinal, cette première extrémité 27c1 recouvre ou chevauche circonférentiellement la seconde extrémité 27b2, pour être en appui axial contre elle selon la direction AX. D’une manière générale, les aubes à léchettes droites et à extrémités déportées sont montées circonférentiellement en alternance autour du disque qui les porte, de telle sorte que toutes les extrémités de léchettes amont se recouvrent. Selon cette alternance qui apparaît plus clairement sur la , une seconde extrémité 27a2 d’une léchette 27a à extrémités déportées portée par une plateforme 26a d’une aube 21a circonférentiellement adjacente à l’aube 21b, chevauche axialement la première extrémité 27b1 de la léchette droite 27b portée par la plateforme 26b. La seconde extrémité 27b2 de la léchette amont droite 27b est chevauchée axialement par la première extrémité 27c1 de la léchette 27c ayant des extrémités déportées. La seconde extrémité circonférentielle déportée 27c2 de la léchette 27c chevauche axialement une première extrémité 27d1 d’une léchette amont droite 27d portée par une plateforme 26d d’une autre aube 21d qui est circonférentiellement adjacente à l’aube 21c. Complémentairement au chevauchement axial de toutes les extrémités de léchettes amont, les aubes 21b et 21d à léchettes droites et les aubes 21a et 21c à léchettes ayant des extrémités déportées sont précontraintes dans des sens opposés selon la direction axiale, comme l’indiquent les flèches sur la . Ces précontraintes permettent de maintenir les extrémités de léchettes qui se chevauchent axialement en appui les unes sur les autres selon la direction axiale AX. Dans le cas où les extrémités de léchettes seraient déportées vers l’amont au lieu d’être déportées vers l’aval, les sens des précontraintes sont à inverser pour assurer un appui de ces extrémités. Plus particulièrement, les aubes 21b et 21d sont précontraintes pour tendre continuellement à décaler leurs plateformes vers l’aval, alors que les aubes 21a et 21c sont précontraintes pour tendre continuellement à décaler leurs plateformes vers l’amont. La précontrainte d’une aube vers l’amont peut être assurée en décalant son pied vers l’amont le long de l’axe AX par rapport aux autres aubes, comme illustré schématiquement sur la . De façon analogue, la précontrainte d’une aube vers l’aval peut être obtenue en décalant sont pied vers l’aval par rapport aux autres aubes. En pratique, le décalage d’une aube le long de l’axe AX peut correspondre à un décalage selon une direction légèrement inclinée par rapport à celle de l’axe AX, cette direction correspondant à l’axe d’engagement du pied d’aube dans le disque, appelé axe ou direction de brochage pouvant être légèrement oblique par rapport à l’axe AX. Il est aussi possible de prévoir d’une part des aubes légèrement incurvées vers l’amont pour qu’elles soient précontraintes vers l’amont, comme illustré dans l’exemple de la , et d’autre part des aubes légèrement précontraintes vers l’aval pour qu’elles soient précontraintes vers l’aval. Ainsi, différentes solutions relativement simples existent pour obtenir des précontraintes ou compensations différentes selon la direction axiale sur les aubes, celles-ci étant disposées de façon alternée autour du disque pour être précontraintes alternativement vers l’amont et vers l’aval. L’alternance de précontrainte peut être obtenue en prévoyant une alternance d’aubes sans compensation et d’aubes ayant une compensation vers l’amont ou bien d’aubes ayant une compensation vers l’aval. Lorsque l’ensemble est monté, l’appui exercé par les aubes non compensées sur les aubes compensées engendre alors nécessairement une alternance de précontrainte vers l’amont et vers l’aval. Dans ces conditions, les extrémités de léchettes en contact et en appui les unes sur les autres permettent d’amortir les modes vibratoires. Plus particulièrement, lorsque les plateformes de deux aubes circonférentiellement adjacentes se rapprochent et s’éloignent circonférentiellement l’une de l’autre sous l’effet d’un mode vibratoire, l’appui axial des extrémités de leurs léchettes engendrent des efforts de friction qui s’opposent à ces déplacements, pour amortir le mode vibratoire, par dissipation d’énergie. Cet amortissement fonctionne également en cas de mode vibratoire engendrant des déplacements différentiels des plateformes selon leurs directions radiales (directions d’envergures). De plus, dans le cas d’un mode vibratoire présentant des déplacements axiaux, le dispositif peut agir comme un limitateur de vibration, hormis dans le cas où les aubes vibreraient en phase. Comme on l’aura compris, le degré de précontrainte des aubes vers l’amont et vers l’aval est dimensionné pour générer un effort presseur au niveau des contacts entre extrémités de léchettes permettant de dissiper l’énergie résultant des modes vibratoires. Dans l’exemple de la , les léchettes amont ont toutes des extrémités qui se chevauchent, alors que les léchettes aval sont des léchettes droites dont les extrémités ne dépassent pas des bords longitudinaux de sorte que ces extrémités ne se chevauchent pas. Il est aussi possible, comme illustré sur la , de prévoir à l’inverse des léchettes droites ne se chevauchant pas pour la léchette amont, et des léchettes dont toutes les extrémités se chevauchent pour la léchette aval. Dans ce cas, et comme illustré sur la , les léchettes 28b et 28d sont droites et présentent des extrémités 28b1, 28b2 et 28d1 droites ne dépassant pas des bords longitudinaux, alors que les léchettes 28a et 28c ont des extrémités 28a2, 28c1 et 28c2 déportées qui dépassent des bords longitudinaux, pour recouvrir circonférentiellement les extrémités 28b1, 28b2 et 28d1. Il est encore possible, comme illustré sur la de prévoir des léchettes ayant des extrémités qui se recouvrent circonférentiellement pour toute la léchette amont et également pour toute la léchette aval. 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 21b, 21c peuvent alors être montées par leurs pieds dans des alvéoles correspondantes de ce disque DR en constituant une couronne d’aubes 21b, 21c 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 (AX) et comprenant des aubes (21a-21d), dans lequel chaque aube (21a-21d) s’étend radialement par rapport à l’axe de rotation (AX) jusqu’à un talon (24b, 24c) situé à une extrémité libre de l’aube (21a-21d), ce talon (24b, 24c) comportant une plateforme (26a-26d) portant au moins une léchette (27a-27d, 28a-28d) qui s’étend radialement en dépassant de la plateforme (26a-26d), caractérisé en ce que deux aubes circonférentiellement adjacentes ont des léchettes (27a-27d) dont les extrémités (27a1-27d1, 27a2-27d2) s’étendent circonférentiellement de manière à se chevaucher selon la direction de l’axe de rotation (AX) en étant en contact axialement l’une contre l’autre. Ensemble aubagé selon la revendication 1, comportant une alternance d’aubes (21a, 21c) précontraintes vers l’amont et d’aubes (21b, 21d) précontraintes vers l’aval, chaque aube précontrainte vers l’amont (21a, 21c) ayant son talon (24c) tendant à se décaler vers l’amont, chaque aube précontrainte vers l’aval (21b, 21d) ayant son talon (24b) tendant à se décaler vers l’aval. Ensemble aubagé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque aube (21a-21d) porte une léchette amont (27a-27d) et une léchette aval (28a-28d) qui dépassent radialement de la plateforme, et dans lequel les extrémités circonférentielles (27a1-27d1, 27a2-27d2) de léchettes amont (27a-27d) de deux aubes circonférentiellement adjacentes s’étendent circonférentiellement de manière à se chevaucher selon la direction de l’axe de rotation. Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque aube (21a-21d) porte une léchette amont (27a-27d) et une léchette aval (28a-28d), et dans lequel les extrémités (28a1-28d1, 28a2-28d2) de léchettes aval (28a-28d) de deux aubes circonférentiellement adjacentes s’étendent circonférentiellement de manière à se chevaucher selon la direction de l’axe de rotation. Ensemble aubagé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel au moins une léchette (27a-27d, 28a-28d) comporte des extrémités circonférentielles (27a1-27d1, 27a2-27d2, 28a1-28d1, 28a2-28d2) qui sont déportées axialement par rapport au corps de cette léchette (27a-27d, 28a-28d). Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant une alternance d’aubes (21a, 21c), chaque aube comportant une ou des léchettes (27a, 27c) dont les extrémités (27a2, 27c1, 27c2) s’étendent de manière à dépasser circonférentiellement de la plateforme (26a, 26c) qui les portent, et une ou des léchettes (27b, 27d) dont les extrémités (27b1, 27b2, 27d1, 27d2) s’étendent sans dépasser circonférentiellement de la plateforme (26b, 26d) qui les portent. Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les aubes (21a-21d) sont en matériau composite à matrice céramique. Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les aubes (21a-21d) sont précontraintes par décalage de leurs pieds (22b, 22c) par rapport au disque qui les porte, selon la direction de l’axe de rotation (AX). Ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel les aubes (21a-21d) sont précontraintes en étant incurvées vers l’amont ou vers l’aval lorsque vues dans un plan contenant l’axe de rotation (AX). Turbomachine comprenant un ensemble aubagé selon l’une des revendications 1 à 9.