Brevet FR3155036A1 — publié le 20250509

Un dispositif auto-équilibreur (34) pour rotor de turbomachine, comprend une masselotte d’équilibrage (40) ; un actionneur électromécanique (42) configuré pour déplacer la masselotte d’équilibrage (40) le long d’une trajectoire déterminée, lorsque l’actionneur est alimenté en courant électrique ; une masselotte suspendue (44) ; et des moyens d’alimentation (46) configurés pour alimenter l’actionneur (42) en courant électrique généré en convertissant de l’énergie mécanique de vibrations de la masselotte suspendue (44). Un tel dispositif permet l’équilibrage d’un rotor de manière autonome, sans nécessiter d’apport d’énergie électrique de l’extérieur pour la commande ou l’alimentation du dispositif. Figure pour l’abrégé : Figure 3 Dispositif auto-équilibreur pour rotor de turbomachine La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines, notamment du type destiné à la propulsion d’aéronefs, et concerne plus particulièrement un dispositif auto-équilibreur destiné à l’équilibrage en rotation des rotors de turbomachine, et plus particulièrement destiné à corriger un balourd affectant un tel rotor. État de la technique antérieure Dans les turbomachines, l’équilibrage des rotors est nécessaire afin de limiter les charges et les vibrations transmises aux structures, et de réduire différents jeux fonctionnels tels que les jeux en sommet d’aubes. Des mesures sont prises à cet effet lors de la fabrication des rotors et lors de l’assemblage de ceux-ci. Cependant, un balourd résiduel difficile à estimer précisément subsiste en général au terme de l’assemblage de la turbomachine. Par ailleurs, il est courant qu’un balourd s’installe après l’entrée en service de la turbomachine, du fait de l’usure des pièces ou suite à des évènements particuliers tels que l’ingestion de corps étrangers par la turbomachine. Les brevets FR3064064B1 et FR3004418B1 du demandeur proposent des systèmes capables d’équilibrer un rotor de turbomachine postérieurement à la fabrication et l’assemblage des éléments de cette dernière, y compris pendant le fonctionnement de la turbomachine. De tels systèmes reposent sur des calculateurs conçus pour estimer l’intensité et la localisation d’un balourd à partir d’informations fournies par des capteurs prévus à cet effet, et conçus pour en déduire une commande d’actionneurs permettant de déplacer des masselottes d’équilibrage jusque dans une configuration appropriée. De tels systèmes requièrent toutefois des moyens complexes et coûteux pour assurer l’alimentation électrique et la commande des actionneurs, nécessitant de faire transiter le courant électrique entre des parties de rotor et des parties de stator. L’invention a pour but de remédier au moins en partie à ces problèmes. Elle propose à cet effet un dispositif auto-équilibreur pour rotor de turbomachine, comprenant : une masselotte d’équilibrage ; un actionneur électromécanique configuré pour déplacer la masselotte d’équilibrage le long d’une trajectoire déterminée, lorsque l’actionneur électromécanique est alimenté en courant électrique ; une masselotte suspendue ; et des moyens d’alimentation configurés pour alimenter l’actionneur électromécanique en courant électrique généré en convertissant de l’énergie mécanique de vibrations de la masselotte suspendue. L’invention propose ainsi un dispositif d’équilibrage de rotor capable de fonctionner de manière autonome, sans nécessiter d’apport d’énergie électrique de l’extérieur pour sa commande ou son alimentation. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, les moyens d’alimentation comprennent un capteur piézoélectrique présentant une membrane sensible à laquelle est fixée la masselotte suspendue de sorte que des vibrations de la masselotte suspendue, transmises à la membrane sensible, provoquent la génération, par le capteur piézoélectrique, d’un courant d’alimentation de l’actionneur électromécanique. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, les moyens d’alimentation comprennent un pont redresseur interposé électriquement entre des bornes de sortie du capteur piézoélectrique et des bornes de l’actionneur électromécanique de manière à redresser le courant d’alimentation de l’actionneur électromécanique généré par le capteur piézoélectrique. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, l’actionneur électromécanique est configuré pour déplacer la masselotte d’équilibrage par effet vis-écrou moyennant quoi ladite trajectoire prédéterminée est une trajectoire linéaire. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le dispositif comprend un dispositif d’inversion de fin de course configuré pour réagir à une arrivée de la masselotte d’équilibrage en bout de course en inversant un sens du déplacement de la masselotte d’équilibrage, le long de ladite trajectoire prédéterminée, par l’actionneur. L’invention concerne également une turbomachine, comprenant au moins un rotor mobile en rotation autour d’un axe et sur lequel est fixé au moins un dispositif auto-équilibreur du type décrit ci-dessus. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, la turbomachine comprend, pour chaque dispositif auto-équilibreur, une masselotte compensatoire correspondante, de même masse que le dispositif auto-équilibreur et agencée de sorte que le dispositif auto-équilibreur et la masselotte compensatoire présentent des centres d’inertie respectifs symétriques l’un de l’autre par rapport à l’axe lorsque le dispositif auto-équilibreur est dans une configuration neutre. L’invention concerne également un procédé d’auto-équilibrage d’un rotor de turbomachine, comprenant : A) la fixation d’au moins un dispositif auto-équilibreur du type décrit ci-dessus sur le rotor ; B) l’alimentation de l’actionneur électromécanique en courant électrique généré en convertissant de l’énergie mécanique de vibrations de la masselotte suspendue induites par un balourd, moyennant quoi l’actionneur électromécanique déplace la masselotte d’équilibrage le long de ladite trajectoire déterminée. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le procédé comprend la détection d’une arrivée de la masselotte d’équilibrage en bout de course, et l’inversion d’un sens de déplacement de la masselotte d’équilibrage le long de ladite trajectoire par l’actionneur électromécanique. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, l’étape A comprend la fixation, sur le rotor, d’au moins une masselotte compensatoire de même masse que le dispositif auto-équilibreur et agencée de sorte que le dispositif auto-équilibreur et la masselotte compensatoire présentent des centres d’inertie respectifs symétriques l’un de l’autre par rapport à un axe du rotor lorsque le dispositif auto-équilibreur est dans une configuration neutre. L’invention sera mieux comprise, et d’autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : FIG. 1 est une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine destinée à la propulsion d’aéronefs ; FIG. 2 est une vue schématique de face d’un élément de rotor, tel qu’un disque aubagé, de la turbomachine, équipé de dispositifs auto-équilibreurs selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; FIG. 3 est une vue schématique de face d’un dispositif auto-équilibreur du rotor de la FIG. 2 ; FIG. 4 est un schéma électrique du dispositif auto-équilibreur de la FIG. 3 . Dans l’ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. Exposé détaillé de modes de réalisation préférés La FIG. 1 illustre une turbomachine 10, par exemple un turboréacteur à double flux et à double corps pour aéronef, comportant de manière générale une soufflante 12 destinée à l’aspiration d’un flux d’air F1 se divisant en aval de la soufflante en un flux primaire F2 circulant dans un canal d’écoulement de flux primaire, ci-après dénommé veine primaire PV, et un flux secondaire F3 circulant dans un canal d’écoulement de flux secondaire, ci-après dénommé veine secondaire SV, disposé autour de la veine primaire PV. La turbomachine comporte, de manière générale, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22 qui définissent conjointement la veine primaire PV. Les rotors respectifs du compresseur haute pression et de la turbine haute pression sont reliés par un arbre dit « arbre haute pression », tandis que les rotors respectifs du compresseur basse pression et de la turbine basse pression sont reliés par un arbre dit « arbre basse pression », d’une manière bien connue. Ces rotors sont montés rotatifs autour d’un axe 28 de la turbomachine. Dans l’ensemble de cette description, la direction axiale X est la direction de l’axe 28. La direction radiale R est en tout point une direction orthogonale à l’axe 28 et passant par ce dernier, et la direction orthoradiale ou circonférentielle C est en tout point une direction orthogonale à la direction radiale R et à l’axe 28. Un plan transversal est un plan orthogonal à l’axe 28. Les termes « interne » et « externe » font respectivement référence à une relative proximité, et un relatif éloignement, d’un élément par rapport à l’axe 28. Enfin, les directions « amont » et « aval » sont définies par référence à la direction générale de l’écoulement des gaz dans les veines primaire PV et secondaire SV de la turbomachine, selon la direction axiale X. La FIG. 2 illustre un élément appartenant à l’un des rotors de la turbomachine, en l’occurrence un disque aubagé 30. Celui-ci comporte une rangée annulaire d’aubes 30A fixées à – ou formées d’un seul tenant avec – un moyeu 30B, d’une manière connue en soi. L’invention est bien entendu applicable à tout type de rotor. Le disque aubagé 30 comporte en outre, par exemple sur l’une des faces 32 du moyeu 30B, un ou plusieurs dispositifs auto-équilibreurs 34, par exemple au nombre de cinq. Un tel dispositif 34, visible plus en détail sur la FIG. 3 , comprend une masselotte d’équilibrage 40, un actionneur électromécanique 42, une masselotte suspendue 44, et des moyens d’alimentation 46. Le dispositif 34 comprend en outre un châssis prenant par exemple essentiellement la forme d’une platine de fixation 48 par laquelle le dispositif est fixé sur le rotor, par exemple par boulonnage. Les moyens d’alimentation 46 sont configurés pour alimenter l’actionneur 42 – plus précisément un moteur électrique de l’actionneur – en courant électrique généré en convertissant de l’énergie mécanique vibratoire de la masselotte suspendue 44, c'est-à-dire de l’énergie mécanique correspondant à d’éventuelles vibrations de la masselotte suspendue 44 telles que des vibrations résultant d’un balourd du rotor. À cet effet, les moyens d’alimentation 46 comprennent avantageusement un capteur piézoélectrique 50 présentant une membrane sensible 52 à laquelle est fixée la masselotte suspendue 44, moyennant quoi les éventuelles vibrations de la masselotte suspendue 44 se traduisent par des vibrations de la membrane sensible 52 et provoquent ainsi la génération, par le capteur piézoélectrique 50, d’un courant électrique mis à profit pour alimenter l’actionneur 42. Comme cela apparaît plus clairement sur le schéma électrique de la FIG. 4 , les moyens d’alimentation 46 comprennent avantageusement un pont redresseur double alternance 54 présentant deux bornes d’entrée 54A, 54B auxquelles sont respectivement reliées deux bornes 50A, 50B du capteur piézoélectrique 50, et deux bornes de sorties 55A, 55B respectivement reliées à deux bornes 42A, 42B de l’actionneur 42, en l’occurrence par l’intermédiaire d’un dispositif d’inversion de fin de course 65, qui sera décrit dans ce qui suit. L’actionneur 42 est configuré pour déplacer la masselotte d’équilibrage 40 le long d’une trajectoire déterminée, lorsque l’actionneur est alimenté en courant électrique. La masselotte d’équilibrage 40 a une masse déterminée pour permettre au générateur 52 de générer un courant électrique suffisant pour provoquer un déplacement de la masselotte d’équilibrage 40 par l’actionneur 42 dès qu’un balourd considéré comme significatif se produit. Dans l’exemple préférentiel illustré, l’actionneur 42 est configuré pour déplacer la masselotte d’équilibrage 40 par effet vis-écrou. À cet effet, en référence à la FIG. 3 , l’actionneur est un actionneur linéaire, comportant un moteur électrique 56 dont le rotor est solidaire en rotation d’un axe de sortie 58 présentant un filetage en prise avec le taraudage d’un orifice traversant 60 de la masselotte d’équilibrage 40. De plus, un axe auxiliaire 62 solidaire du châssis du dispositif 34 traverse un orifice décentré 64 de la masselotte d’équilibrage 40 de manière à empêcher cette dernière de tourner avec l’axe de sortie 58 et contraindre la masselotte d’équilibrage 40 à se déplacer le long des axes 58, 62 lorsque l’axe de sortie 58 est entraîné en rotation par le moteur 56. Le dispositif 34 comprend en outre avantageusement un dispositif d’inversion de fin de course 65 configuré pour réagir à une arrivée de la masselotte d’équilibrage 40 en bout de course en inversant un sens de déplacement de la masselotte d’équilibrage 40, le long de sa trajectoire, par l’actionneur 42 ( FIG. 3 ). À cet effet, le dispositif d’inversion de fin de course comporte des inverseurs de fin de course 66A, 66B qui sont préférentiellement des contacteurs va-et-vient, au nombre de deux, respectivement agencés à deux extrémités opposées de la trajectoire de la masselotte d’équilibrage 40 de manière à être actionnés par cette dernière lorsqu’elle arrive en bout de course, et configurés pour que leur actionnement par la masselotte d’équilibrage 40 provoque l’inversion de l’état d’un ensemble correspondant 68A, 68B d’interrupteurs ( FIG. 4 ). Il faut comprendre par là que l’actionnement d’un premier 66A des inverseurs de fin de course provoque l’inversion de l’état d’interrupteurs IntA1 à IntA4 constituant un premier 68A des ensembles d’interrupteurs. De manière analogue, l’actionnement de l’autre inverseur de fin de course 66B provoque l’inversion de l’état d’interrupteurs IntB1 à IntB4 constituant un second 68B des ensembles d’interrupteurs. De plus, les interrupteurs IntA1 à IntA4 du premier ensemble 68A sont associés deux-à-deux avec les interrupteurs IntB1 à IntB4 du second ensemble 68B de manière à former autant de circuits « va-et-vient » Circ1 à Circ4. En particulier, les interrupteurs IntA1 et IntA4 du premier ensemble 68A présentent des bornes d’entrée respectives reliées à une première 55A des bornes de sorties du pont redresseur double alternance 54, tandis que les interrupteurs IntA2 et IntA3 du premier ensemble 68A présentent des bornes d’entrée respectives reliées à la seconde borne de sortie 55B du pont redresseur double alternance 54. De plus, les interrupteurs IntB1 et IntB2 du second ensemble 68B présentent des bornes de sortie respectives reliées à une première 42A des bornes de l’actionneur 42, tandis que les interrupteurs IntB3 et IntB4 du second ensemble 68B présentent des bornes de sortie respectives reliées à la seconde borne 42B de l’actionneur 42. L’état initial des interrupteurs IntA1 à IntA4 et IntB1 à IntB4 est tel que, lorsque l’un quelconque des inverseurs de fin de course 66A, 66B est actionné par la masselotte d’équilibrage 40 arrivant en fin de course et provoque l’inversion de l’état des interrupteurs de l’ensemble 68A ou 68B correspondant, une inversion de la polarité de l’alimentation de l’actionneur 42 en découle, avec pour conséquence une inversion du sens de déplacement de la masselotte d’équilibrage 40. Par ailleurs, en référence à la FIG. 2 , le disque aubagé 30 comporte des masselottes compensatoires 70 destinées à maintenir un équilibrage global du rotor malgré la masse additionnelle induite par la présence des dispositifs auto-équilibreurs 34. À cet effet, les masselottes compensatoires 70 sont prévues en un nombre égal au nombre des dispositifs auto-équilibreurs 34, et sont agencées de sorte que les centres d’inertie 70A des masselottes compensatoires 70 soient respectivement agencés symétriquement des centres d’inertie 34A des dispositifs auto-équilibreurs 34 par rapport à l’axe 28, lorsque les dispositifs auto-équilibreurs 34 sont dans une configuration neutre. Il faut comprendre, par « configuration neutre », une configuration dans laquelle les masselottes d’équilibrage 40 sont situées à mi-chemin entre les extrémités opposées de leurs trajectoires respectives. Ainsi, en fonctionnement, un éventuel balourd tend, selon son orientation et à partir d’une certaine intensité, à exciter préférentiellement l’un des dispositifs auto-équilibreurs 34. Il en résulte des vibrations de la masselotte suspendue 44 et donc de la membrane sensible 52 du capteur piézoélectrique 50, induisant l’alimentation de l’actionneur 42 et provoquant ainsi le fonctionnement de ce dernier. Il en résulte un déplacement de la masselotte d’équilibrage 40 dans une direction donnée. Si cette direction conduit à réduire le balourd, le dispositif 34 cesse progressivement d’être excité et le déplacement de la masselotte d’équilibrage 40 prend fin. Dans le cas contraire, la masselotte d’équilibrage 40 continue à se déplacer, jusqu’à ce que le balourd soit minimisé. Dans le cas où le déplacement de la masselotte d’équilibrage 40 aggrave le balourd, la masselotte poursuit son déplacement jusqu’à actionner l’inverseur de fin de course correspondant 66A ou 66B. Il en résulte une inversion de la polarité du courant électrique alimentant l’actionneur 42 et donc une inversion du sens de déplacement de la masselotte d’équilibrage 40. Celle-ci poursuit alors son déplacement dans l’autre sens, jusqu’à ce que le balourd soit finalement minimisé. Dans tous les cas, il apparaît ainsi que le ou les dispositifs auto-équilibreurs 34 conduisent à une réduction, voire une suppression, du balourd, et cela de manière totalement autonome, sans apport d’énergie électrique depuis l’extérieur. Un procédé d’auto-équilibrage d’un rotor de turbomachine selon l'invention comprend donc, de manière générale : A) la fixation d’au moins un dispositif auto-équilibreur 34 du type décrit ci-dessus sur le rotor ; B) l’alimentation de l’actionneur électromécanique 42 en courant électrique généré en convertissant de l’énergie mécanique de vibrations de la masselotte suspendue 44, induites par un balourd, moyennant quoi l’actionneur électromécanique 42 déplace la masselotte d’équilibrage 40 le long de sa trajectoire. Dans l’exemple décrit ci-dessus, le procédé comprend en outre : C) la détection d’une arrivée éventuelle de la masselotte d’équilibrage 40 en bout de course au moyen de l’inverseur de fin de course correspondant 66A ou 66B, provoquant l’inversion de la polarité du courant électrique alimentant l’actionneur électromécanique 42 et donc l’inversion du sens de déplacement de la masselotte d’équilibrage 40 le long de sa trajectoire par l’actionneur 42. De plus, l’étape A comprend en outre avantageusement la fixation, sur le rotor, d’au moins une masselotte compensatoire 70 – une pour chaque dispositif auto-équilibreur 34 – de même masse que le dispositif auto-équilibreur 34 et agencée de sorte que le dispositif auto-équilibreur 34 et la masselotte compensatoire 70 présentent des centres d’inertie respectifs 34A, 70A symétriques l’un de l’autre par rapport à l’axe 28 lorsque le dispositif auto-équilibreur 34 est dans une configuration neutre. Dispositif auto-équilibreur (34) pour rotor de turbomachine, comprenant : une masselotte d’équilibrage (40) ; un actionneur électromécanique (42) configuré pour déplacer la masselotte d’équilibrage (40) le long d’une trajectoire déterminée, lorsque l’actionneur électromécanique est alimenté en courant électrique ; une masselotte suspendue (44) ; et des moyens d’alimentation (46) configurés pour alimenter l’actionneur électromécanique (42) en courant électrique généré en convertissant de l’énergie mécanique de vibrations de la masselotte suspendue (44). Dispositif auto-équilibreur selon la revendication 1, dans lequel les moyens d’alimentation (46) comprennent un capteur piézoélectrique (50) présentant une membrane sensible (52) à laquelle est fixée la masselotte suspendue (44) de sorte que des vibrations de la masselotte suspendue, transmises à la membrane sensible (52), provoquent la génération, par le capteur piézoélectrique (50), d’un courant d’alimentation de l’actionneur électromécanique (42). Dispositif auto-équilibreur selon la revendication 2, dans lequel les moyens d’alimentation (46) comprennent un pont redresseur (54) interposé électriquement entre des bornes de sortie (50A, 50B) du capteur piézoélectrique (50) et des bornes (42A, 42B) de l’actionneur électromécanique (42) de manière à redresser le courant d’alimentation de l’actionneur électromécanique (42) généré par le capteur piézoélectrique (50). Dispositif auto-équilibreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’actionneur électromécanique (42) est configuré pour déplacer la masselotte d’équilibrage (40) par effet vis-écrou moyennant quoi ladite trajectoire prédéterminée est une trajectoire linéaire. Dispositif auto-équilibreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un dispositif d’inversion de fin de course (65) configuré pour réagir à une arrivée de la masselotte d’équilibrage (40) en bout de course en inversant un sens du déplacement de la masselotte d’équilibrage (40), le long de ladite trajectoire prédéterminée, par l’actionneur (42). Turbomachine, comprenant au moins un rotor (30) mobile en rotation autour d’un axe (28) et sur lequel est fixé au moins un dispositif auto-équilibreur (34) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. Turbomachine selon la revendication 6, comprenant, pour chaque dispositif auto-équilibreur (34), une masselotte compensatoire (70) correspondante, de même masse que le dispositif auto-équilibreur (34) et agencée de sorte que le dispositif auto-équilibreur (34) et la masselotte compensatoire (70) présentent des centres d’inertie respectifs (34A, 70A) symétriques l’un de l’autre par rapport à l’axe (28) lorsque le dispositif auto-équilibreur (34) est dans une configuration neutre. Procédé d’auto-équilibrage d’un rotor (30) de turbomachine, comprenant : A) la fixation d’au moins un dispositif auto-équilibreur (34) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 sur le rotor (30) ; B) l’alimentation de l’actionneur électromécanique (42) en courant électrique généré en convertissant de l’énergie mécanique de vibrations de la masselotte suspendue (44) induites par un balourd, moyennant quoi l’actionneur électromécanique (42) déplace la masselotte d’équilibrage (40) le long de ladite trajectoire déterminée. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le dispositif auto-équilibreur (34) est un dispositif selon la revendication 5, le procédé comprenant : C) la détection d’une arrivée de la masselotte d’équilibrage (40) en bout de course, et l’inversion d’un sens de déplacement de la masselotte d’équilibrage (40) le long de ladite trajectoire par l’actionneur électromécanique (42). Procédé selon la revendication 8 ou 9, dans lequel l’étape A comprend la fixation, sur le rotor (30), d’au moins une masselotte compensatoire (70) de même masse que le dispositif auto-équilibreur (34) et agencée de sorte que le dispositif auto-équilibreur (34) et la masselotte compensatoire (70) présentent des centres d’inertie respectifs (34A, 70A) symétriques l’un de l’autre par rapport à un axe (28) du rotor lorsque le dispositif auto-équilibreur (34) est dans une configuration neutre.