Brevet FR3158759A1 — publié le 20250801

L’invention concerne un ensemble aubagé de turbomachine s’étendant autour d’un axe de rotation et comprenant des aubes (11a, 11b), chaque aube (11a, 11b) s’étendant selon une direction radiale par rapport à l’axe de rotation jusqu’à un talon (14a, 14b), caractérisé en ce qu’il comporte : – un jonc (26) électriquement conducteur qui traverse les talons (14a, 14b) des aubes (11a, 11b), ce jonc (26) étant sollicité en cisaillement si un talon (14a, 14b) se décale selon la direction de l’axe de rotation par rapport à un autre talon (14a, 14b) circonférentiellement adjacent ; – des moyens de détection reliés aux extrémités du jonc (26) pour identifier que ce jonc (26) est rompu lorsqu’il n’est plus électriquement conducteur. Figure pour l’abrégé : Figure 8 Ensemble aubagé équipé d’un jonc de détection de déboîtement d’aubes L’invention concerne les aubages fixes ou mobiles d’une turbomachine telle qu’un turboréacteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans un turboréacteur, l'air extérieur est admis dans une manche d'entrée située à son amont pour traverser une soufflante comportant une série de pales rotatives avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Dans un tel moteur l’amont et l’aval sont définis par rapport au sens de circulation du flux d’air qui le traverse lorsqu’il est en service. Le flux primaire est ensuite compressé dans des compresseurs avant d'arriver dans une chambre de combustion, après quoi il se détend en traversant des turbines avant d'être évacué vers l’aval en générant de la poussée. Le flux secondaire est propulsé directement vers l’aval par la soufflante dans une veine délimitée par un carter pour générer une poussée complémentaire. Un tel moteur comporte un rotor tournant autour de son axe longitudinal, 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. Une aube comporte un pied par lequel elle est fixée à un disque, prolongé par une pale s’étendant selon une direction d’envergure radiale, chaque pale étant terminée par un talon comportant une plateforme, les aubes portées par un même disque ayant la même morphologie. La périphérie externe d’un disque aubagé est ainsi délimitée par les plateformes des aubes qu’il porte, qui délimitent 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. Deux plateformes circonférentiellement adjacentes, qui sont jointives lorsque la turbomachine est à l’arrêt, tendent ainsi à s’espacer circonférentiellement lorsque la turbomachine est en service. Du fait des modes vibratoires présents dans une telle turbomachine, en particulier au niveau des aubes rotatives, les plateformes se déplacent les unes par rapport aux autres. En pratique, les talons tendent à osciller en se décalant les uns par rapport aux autres selon la direction axiale, ce qui est problématique du fait que ces talons frottent sur des éléments abradables fixes qui les entourent. Les efforts de frottement subis par les talons sont ainsi d’autant plus élevés que ces talons sont axialement décalés les uns par rapport aux autres. Pour limiter ces décalages axiaux, les plateformes des talons présentent des formes telles que deux plateformes circonférentiellement adjacentes ont leurs bords qui s’emboîtent circonférentiellement l’un avec l’autre. Cependant, dans certaines conditions de fonctionnement, les talons de deux aubes circonférentiellement adjacentes peuvent se décaler axialement, voire se déboîter. Dans ce cadre, l’invention a pour objet d’apporter une solution pour détecter le déboîtement de deux aubes circonférentiellement adjacentes et pour réduire le risque d’un tel déboîtement. A cet effet, l’invention a pour objet un ensemble aubagé de turbomachine s’étendant autour d’un axe de rotation et comprenant des aubes agencées de façon circonférentiellement adjacentes autour de l’axe de rotation, chaque aube s’étendant selon une direction radiale par rapport à l’axe de rotation jusqu’à un talon correspondant à une extrémité libre de l’aube, caractérisé en ce qu’il comporte : – un jonc qui traverse les talons des aubes circonférentiellement adjacentes, ce jonc étant agencé pour être sollicité en cisaillement si un talon d’une des aubes se décale selon la direction de l’axe de rotation par rapport à un autre talon d’une autre aube circonférentiellement adjacent ; – le jonc est en un matériau électriquement conducteur ; – des moyens de détection d’une rupture du jonc. Avec cet agencement, le jonc oppose une résistance mécanique au décalage d’un talon par rapport à un autre, et un décalage trop important engendre une rupture du jonc qui est détectée automatiquement. L’invention permet ainsi de limiter l’apparition de décalages d’aubes pour améliorer la robustesse de fonctionnement du moteur, et limiter la quantité d’opérations de maintenance nécessaires. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, dans lequel les moyens de détection d’une rupture du jonc sont électriquement reliés aux extrémités du jonc. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, dans lequel les moyens de détection sont reliés à un calculateur de la turbomachine. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, dans lequel chaque talon d’aube comporte une plateforme portant une léchette amont, une léchette aval, et une nervure reliant les deux léchettes, les léchettes et la nervure dépassant radialement en saillie vers l’extérieur de la plateforme, et dans lequel chaque nervure comporte un trou traversé par le jonc. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, dans lequel le jonc comporte plusieurs secteurs assemblés les uns aux autres par soudage ou sertissage. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, dans lequel chaque talon comporte, circonférentiellement autour de l’axe de rotation, une plateforme, deux plateformes circonférentiellement adjacentes ayant des bords circonférentiellement adjacents dont les formes sont complémentaires, l’un des bords comportant une échancrure et l’autre bord circonférentiellement adjacent comportant une protubérance s’emboitant dans l’échancrure. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, dans lequel les protubérances et les échancrures présentent des formes en V pour leur emboitement. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, dans lequel le jonc est équipé d’une gaine électriquement isolante. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, dans lequel les trous des nervures sont pourvus d’un revêtement électriquement isolant. L’invention concerne également une turbomachine comprenant un ensemble aubagé ainsi défini. La FIG. 1 est une vue en coupe longitudinale d’un turboréacteur selon l’invention ; La FIG. 2 est une vue en perspective de deux aubes circonférentiellement adjacentes équipant un disque rotatif selon l’invention ; La FIG. 3 est une vue d’un talon d’aube selon l’invention représenté seul ; La FIG. 4 est une vue de trois talons d’aubes selon l’invention lorsqu’ils sont emboîtés ; La FIG. 5 est une vue de trois talons d’aubes selon l’invention dont deux sont décalés axialement ; La FIG. 6 est une vue de trois talons d’aubes selon l’invention dont deux sont déboîtés ; La FIG. 7 est une vue en perspective de deux talons d’aubes selon l’invention lorsqu’ils sont emboîtés ; La FIG. 8 est une vue en perspective de deux talons d’aube selon l’invention à l’état déboîtés ; La FIG. 9 est une représentation schématique du circuit électrique intégrant le câble enserrant les talons d’aubes conformément à l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans le turboréacteur 1 représenté sur la FIG. 1 , l'air extérieur est admis dans une manche d'entrée 2 située à l’amont du moteur 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 étage 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’aval en générant de la poussée. 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. Ce moteur comporte un rotor tournant autour de son axe de rotation 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 FIG. 2 , 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 radiale par rapport à l’axe de rotation AX. Cette pale 13a est terminée par un talon 14a correspondant à son extrémité libre, ce talon comportant une plateforme 16a portant ici une portion de léchette amont 17a, et une portion de léchette aval 18a destinées à assurer des fonctions d’étanchéité. Les aubes portées par un même disque ont la même morphologie, de sorte que les aubes 11b et 11c circonférentiellement adjacentes de l’aube 11a sur la FIG. 2 , comportent les mêmes composants repérés par les mêmes références numériques mais complétées par la lettre « b » ou « c » 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 virole cylindrique 20, dont une portion apparait sur la FIG. 4 . Comme visible sur la FIG. 3 , la plateforme 16a est délimitée par un premier bord 19a d’extrémité circonférentielle et par un deuxième bord opposé 21a d’extrémité circonférentielle qui sont reliés l’un à l’autre par un bord amont et un bord aval sensiblement rectilignes. Le premier bord et le deuxième bord s’étendent essentiellement selon la direction longitudinale AX, alors que les bords amont et aval s’étendent circonférentiellement dans des plans normaux à l’axe AX. Le premier bord 19a présente une forme délimitant dans sa portion centrale une protubérance 22a, et le deuxième bord 21a a une forme délimitant dans sa portion centrale une échancrure 23a. La protubérance 22a et l’échancrure 23a s’étendent selon la direction circonférentielle DC et présentent la même forme. Ainsi, les premier et deuxième bords 19a et 21a de deux plateformes circonférentiellement adjacentes s’emboîtement mutuellement, comme représenté sur la FIG. 4 . La protubérance 22a et l’échancrure 23a ont l’une et l’autre des formes en V, ce qui permet à deux plateformes emboîtées de rester en contact y compris lorsqu’elles s’écartent sensiblement l’une de l’autre, comme par exemple dans la situation de la FIG. 5 . Comme visible sur les figures 2 et 3, la plateforme 16a porte les deux léchettes 17a et 18a qui s’étendent parallèlement l’une à l’autre selon la direction circonférentielle DC en dépassant radialement en saillie vers l’extérieur de cette plateforme 16a. Complémentairement, une nervure 24a qui est également portée par la plateforme 16a s’étend d’une léchette à l’autre pour les relier afin de les rigidifier. Cette nervure 24a dépasse radialement en saillie vers l’extérieur de la plateforme 16a, et elle est orientée selon une direction sensiblement oblique par rapport à l’axe AX. Dans l’exemple des figures, la léchette aval 18a est en outre circonférentiellement décalée par rapport à la léchette amont 17a. Ces plateformes, qui sont ici du type dit à bords « en Z », forment conjointement une virole 20 correspondant à la périphérie externe de l’aubage constitué par les aubes que ces plateformes terminent. Les aubes d’une même roue aubagée ayant la même morphologie, les trois aubes représentées sur les figures 4 à 6 ont chacune un talon 14a-14c comportant une plateforme 16a-16c, chaque plateforme portant deux léchettes reliées par une nervure centrale 24a-24c. L’invention est fondée sur l’analyse selon laquelle un déboîtement de talons d’aubes peut survenir essentiellement lors du rodage du moteur, du fait que le frottement des talons d’aubes mobiles sur les éléments abradables fixes qui les entourent sont alors plus importants. Ceci tend à augmenter le jeu entre deux talons attendus que ce jeu est accentué par le fait que l’ensemble des jeux des talons peuvent se cumuler entre deux talons consécutifs donnés. Il s’ensuit que la phase de rodage du moteur s’avère être celle qui est propice pour engendrer des décalages axiaux importants des talons d’aubes. Dans ce cadre, les nervures centrales 24a-24c selon l’invention comportent chacune un trou traversant 27a-27c orienté selon la direction circonférentielle DC. Ces trous sont traversés selon l’invention par un jonc 26, c’est-à-dire un anneau fendu, entourant la virole cylindrique 20 délimitée par l’ensemble des plateformes, ces trous traversants 27a et 27b apparaissant plus clairement sur les figures 7 et 8. Comme illustré sur la FIG. 5 , lorsque, sous l’effet par exemple de vibrations, un talon tel que le talon 14a se décale selon la direction AX par rapport au talon voisin 14b, le tronçon du jonc 26 s’étendant entre ces talons se déforment sous l’effet de l’effort tranchant subi par ce tronçon du fait de ce décalage. Ainsi, de par ses caractéristiques mécaniques de rigidité en flexion et de résistance aux efforts tranchants (résistance au cisaillement), le jonc 26 exerce en réaction au décalage axial des talon 14a et 14b des efforts qui s’opposent à ce décalage pour en limiter l’amplitude. Le jonc 26 permet ainsi, de par son montage et sa rigidité, de réduire le décalage axial des talons lorsque la turbomachine est en service. Lorsque les efforts exercés sur les talons, résultant des modes vibratoires ou autres, sont trop importants, ils peuvent conduire à la rupture du jonc 26 au niveau de la portion s’étendant entre les talons. Ceci correspond à la situation représentée sur les figures 6 et 8, dans laquelle le talon 14a s’est décalé axialement par rapport au talon 14b au point que les bords circonférentiellement adjacents de leurs plateformes se sont déboîtés et que le jonc 26 est rompu. Le matériau du jonc 26 est électriquement conducteur et ses extrémités sont reliées à des moyens de détection 28 tels qu’un boîtier électronique, comme représenté schématiquement sur la FIG. 9 . Ces moyens de détection sont configurés pour tester continuellement la conductivité électrique du jonc 26 de façon à déterminer si le jonc 26 est électriquement conducteur ou non. Ces moyens de détection 28 permettent ainsi de détecter que le jonc 26 est rompu, dès lors qu’il n’est plus électriquement conducteur. Les moyens de détection 28 sont avantageusement reliés à un calculateur (ex : FADEC) de la turbomachine. Ainsi, dans la situation de la FIG. 6 , les moyens de détection 28 détectent immédiatement que le jonc n’est plus conducteur et adressent alors au calculateur un signal représentatif du fait que ce jonc 26 est rompu, pour que ce calculateur arrête par exemple la turbomachine dans le cas où celle-ci est en phase de rodage. La détection par le boîtier électronique 28 du fait que le jonc 26 n’est plus électriquement conducteur permet ainsi d’identifier un déboîtement de talons d’aubes. Lorsque les aubes sont formées dans un matériau électriquement conducteur tel qu’un alliage métallique, les trous traversants 27a-27c ont leur face interne couverte d’un revêtement électriquement isolant, et/ou le jonc 26 est équipé d’une gaine électriquement isolante qui l’entoure, pour que la rupture du jonc engendre effectivement une discontinuité de sa conductivité électrique entre ses extrémités. Le jonc 26 est avantageusement formé de plusieurs secteurs rigidement solidarisés les uns aux autres après montage, ces secteurs étant alors fixés les uns aux autres par soudage ou par sertissage. Le montage consiste par exemple à installer les aubes sur le disque qui les porte et à passer chaque secteur de jonc dans les trous de nervures de plusieurs aubes consécutives. Une fois que tous les secteurs du jonc sont en place, ils sont soudés ou sertis bout-à-bout, de manière à constituer conjointement un jonc s’étendant sur toute la circonférence de l’ensemble aubagé. Ce jonc 26 qui est prévu électriquement conducteur pour permettre une détection aisée de sa rupture, est avantageusement fabriqué dans un matériau présentant une rigidité et une résistance mécanique aux efforts de cisaillement importantes. Ce jonc 26 permet ainsi de réduire le risque de décalage axial important des talons et le risque de déboîtement de ces talons. Dans l’exemple des figures, les talons comportent des plateformes dont les bords sont prévus pour s’emboîter circonférentiellement les uns avec les autres de manière à limiter leurs oscillations selon la direction axiale. L’invention s’applique aussi à des talons dont les plateformes ont des bords droits, c’est-à-dire ne s’emboîtant pas nécessairement les uns avec les autres, attendu que le jonc 26 permet, du fait de sa rigidité, de réduire l’amplitude des oscillations longitudinales des talons, et par là-même de réduire le décalage axial des talons les uns par rapport aux autres. Autrement dit, le jonc 26 assure une fonction de maintien axial des talons d’aubes pouvant compléter ou bien remplacer l’emboîtement des talons par leurs plateformes. Ensemble aubagé de turbomachine s’étendant autour d’un axe de rotation (AX) et comprenant des aubes (11a, 11b) agencées de façon circonférentiellement adjacentes autour de l’axe de rotation (AX), chaque aube (11a, 11b) s’étendant selon une direction radiale par rapport à l’axe de rotation (AX) jusqu’à un talon (14a, 14b) correspondant à une extrémité libre de l’aube (11a, 11b), caractérisé en ce qu’il comporte : – un jonc (26) qui traverse les talons (14a, 14b) des aubes (11a, 11b) circonférentiellement adjacentes, ce jonc (26) étant agencé pour être sollicité en cisaillement si un talon (14a, 14b) d’une des aubes (11a, 11b) se décale selon la direction de l’axe de rotation (AX) par rapport à un autre talon (14a, 14b) d’une autre aube (11a, 11b circonférentiellement adjacent ; – le jonc (26) est formé en un matériau électriquement conducteur ; – des moyens de détection (28) d’une rupture du jonc (26). Ensemble selon la revendication 1, dans lequel les moyens de détection (28) d’une rupture du jonc (26) sont électriquement reliés aux extrémités du jonc (26). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de détection (28) sont reliés à un calculateur de la turbomachine. Ensemble aubagé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque talon (14a, 14b) d’aube (11a, 11b) comporte une plateforme (16a, 16b) portant une léchette amont (17a, 17b), une léchette aval (18a, 18b), et une nervure (24a, 24b) reliant les deux léchettes, les léchettes (17a, 18a, 17b, 18b) et la nervure (24a, 24b) dépassant radialement en saillie vers l’extérieur de la plateforme (16a, 16b), et dans lequel chaque nervure (24a, 24b) comporte un trou traversé par le jonc (26). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le jonc (26) comporte, circonférentiellement autour de l’axe de rotation (AX), plusieurs secteurs assemblés les uns aux autres par soudage ou par sertissage. Ensemble aubagé selon la revendication 1, dans lequel chaque talon (14a, 14b) comporte une plateforme (16a, 16b), deux plateformes (16a, 16b) circonférentiellement adjacentes ayant des bords (21a, 19b) circonférentiellement adjacents dont les formes sont complémentaires, l’un des bords (21a) comportant une échancrure (23a) et l’autre bord (19b) circonférentiellement adjacent comportant une protubérance (22b) s’emboîtant dans l’échancrure (23a). Ensemble aubagé selon la revendication 6, dans lequel les protubérances (22a, 22b) et les échancrures (23a) présentent des formes en V pour leur emboitement. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le jonc (26) est équipé d’une gaine électriquement isolante. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel les trous (27a, 27b) des nervures (24a, 24b) sont pourvus d’un revêtement électriquement isolant. Turbomachine comprenant un ensemble aubagé selon l’une des revendications précédentes.