FR3137124A1 - Turbomachine assembly comprising blades carrying liplets whose ends overlap each other in the circumferential direction - Google Patents
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Abstract
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 3The subject of the invention is a rotary assembly of a turbomachine rotating around an axis (AX), comprising a disc carrying blades (21b, 21c) and being intended to be surrounded by a casing crossed by a flow circulating from upstream to downstream, in which each blade (21b, 21c) extends radially from a foot (22b, 22c) to a heel (24b, 24c) comprising a platform (26b, 26c) carrying at least one lip (27a, 27b ), characterized in that: – it comprises an alternation of blades (21c) prestressed towards the upstream and blades (21b) prestressed towards the downstream, each blade prestressed towards the upstream (21c) having its heel ( 24c) tending to shift upstream, each blade prestressed downstream (21b) having its heel (24b) tending to shift downstream; – the pairs of adjacent blades have blades (27b, 27c) whose ends (27b1, 27b2, 27c1, 27c2) overlap while being pressed axially by the prestressing of the blades. Figure for abstract: Figure 3
Description
L’invention concerne la réduction des vibrations dans un disque aubagé de turbomachine en service.The invention relates to the reduction of vibrations in a bladed disk of a turbomachine in service.
Dans un tel turboréacteur 1 représenté en
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.The primary flow is then compressed in a first and a second compression stages 4 and 5 before arriving in a combustion chamber 6, after which it expands passing through a set of turbines 7, 8 before being evacuated towards the back by generating thrust. The secondary flow is propelled directly backwards by the fan in a vein delimited by the casing 9 to generate additional thrust.
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.In practice, such an engine comprises a rotor rotating around its longitudinal axis AX, and including several disks each carrying at its external periphery a series of blades or blades, these disks being able to drive the fan, the compressor part or the turbine part .
Comme représenté sur la
Les aubes portées par un même disque ont la même morphologie, de sorte que l’aube 11b voisine de l’aube 11a sur la
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.The external periphery of a bladed disk is thus delimited by the platforms of the blades which it carries, which extend contiguous to each other to jointly delimit a substantially cylindrical peripheral band.
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
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.Given the vibration excitations present in such a turbomachine, this situation can lead to vibration modes of the blades by which their platforms tend to collide circumferentially with each other, which is likely to damage them.
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.Such vibration modes can appear on rotating blades, that is to say carried by discs, but also appear in fixed blades, that is to say carried by a fixed element such as a rectifier located for example in downstream of a bladed fan or compressor disk to reduce the gyration of the flow having passed through the rotating blades.
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.A solution to damp vibration modes is to pre-stress each blade in torsion when they are mounted on the disk. In this case, the platforms tend to rotate around their span axes, so that the edges of the platforms of two adjacent blades remain supported against each other despite the effects of centrifugal forces and thermal expansion. In operation, the vibration modes of the blades generate friction at the platform supports, which allows these vibration modes to be damped by 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.In this context, the object of the invention is to provide a solution for limiting the vibration modes of bladed disks, in particular for the case of blades made of composite material with a ceramic matrix having a lower admissible prestress than that of blades made of metal alloy. .
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.For this purpose, the subject of the invention is a bladed turbomachine assembly extending circumferentially around an axis of rotation and comprising blades, in which each blade extends radially relative to the axis of rotation up to a heel located at a free end of the blade, this heel comprising a platform carrying at least one lip which extends radially protruding from the platform, characterized in that two circumferentially adjacent blades have lips whose ends extend circumferentially so as to overlap in the direction of the axis of rotation while being in axial contact with each other.
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.With this arrangement, the blades only have to be prestressed in the axial direction, which significantly simplifies the implementation of a vibration mode damping solution.
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.The invention also relates to a bladed assembly thus defined, comprising an alternation of blades prestressed towards the upstream and blades prestressed towards the downstream, each blade prestressed towards the upstream having its heel tending to shift towards the upstream , each blade prestressed towards the downstream having its heel tending to shift towards the downstream.
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.The invention also relates to a bladed assembly thus defined, in which each blade carries an upstream lip and a downstream lip which protrude radially from the platform, and in which the circumferential ends of the upstream lip of two circumferentially adjacent blades extend circumferentially so to overlap in the direction of the axis of 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.The invention also relates to a bladed assembly thus defined, in which each blade carries an upstream lip and a downstream lip, and in which the ends of downstream lip of two circumferentially adjacent blades extend circumferentially so as to overlap in the direction of the axis of 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.The invention also relates to a bladed assembly thus defined, in which at least one lip has circumferential ends which are offset axially relative to the body of this lip.
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.The invention also relates to a bladed assembly thus defined, comprising an alternation of blades, each blade comprising one or more blades whose ends extend so as to protrude circumferentially from the platform which carries them, and one or more blades whose ends ends extend without protruding circumferentially from the platform which carries them.
L’invention concerne également un ensemble aubagé ainsi défini, dans lequel les aubes sont en matériau composite à matrice céramique.The invention also relates to a bladed assembly thus defined, in which the blades are made of ceramic matrix composite material.
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.The invention also relates to a bladed assembly thus defined, in which the blades are prestressed by offset of their feet relative to the disc which carries them, in the direction close to the axis of 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.The invention also relates to a bladed assembly thus defined, in which the blades are prestressed by being curved upstream or downstream when viewed in a plane containing the axis of rotation.
L’invention concerne également une turbomachine comprenant un ensemble ainsi défini.The invention also relates to a turbomachine comprising an assembly thus defined.
– La
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EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
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.The idea underlying the invention is to ensure vibration damping by providing ends of wipers which overlap while being axially supported on each other to generate frictional forces when the platforms carrying these wipers move circumferentially relative to each other. In this context, the blades are pre-stressed alternately upstream and downstream, so as to ensure that the lip ends are axially pressed on top of each other.
Sur la
Une autre aube 21c, voisine de l’aube 21b sur la
Comme visible sur la
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.The upstream lip of all the blades carried by the disc jointly delimit an upstream lip extending circumferentially around the cylindrical ring delimited by the platforms. The outer edge of this upstream lip slides along abradable elements not shown carried by a casing, to ensure a seal so that the flow crossing the blades does not bypass them by passing beyond the platforms.
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.In the same way, the downstream wiper constituted by the downstream wipers slides along an abradable element not shown to ensure a seal opposing the passage of flow radially beyond the platforms. The upstream lip and the downstream lip are spaced from each other along the axis of rotation of the motor by a distance less than the length of the platforms along this axis.
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.As visible in Figures 3 and 4, the upstream lips 27b and 27c have ends which overlap circumferentially while bearing in the axial direction corresponding to the axis of rotation AX of the motor against each other.
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.The lip 27b is a straight lip which extends circumferentially from a first circumferential end 27b1 to a second end 27b2. This lip 27b is straight, that is to say it extends substantially along the same plane normal to the axis of 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.The wiper 27c is a wiper with offset ends which extends circumferentially from a first end 27c1 to a second end 27c2, but its first end 27c1 is offset axially downstream relative to the body of the wiper 27c, and it protrudes circumferentially beyond the longitudinal edge 29c of the platform. The second end 27c2 is also offset axially downstream relative to the body of the lip 27c and it protrudes beyond the longitudinal edge 31c. It is also possible to provide a configuration in which the ends are offset axially upstream instead of being offset downstream.
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.As visible in Figures 3 and 4, thanks to the offset of the first end 27c1 and its protrusion from the longitudinal edge, this first end 27c1 circumferentially overlaps or overlaps the second end 27b2, to be in axial support against it in the 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.Generally speaking, the blades with straight blades and offset ends are mounted circumferentially alternately around the disc which carries them, such that all the ends of the upstream blades overlap.
Selon cette alternance qui apparaît plus clairement sur la
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.The second end 27b2 of the right upstream lip 27b is overlapped axially by the first end 27c1 of the lip 27c having offset ends. The second offset circumferential end 27c2 of the lip 27c axially overlaps a first end 27d1 of a straight upstream lip 27d carried by a platform 26d of another blade 21d which is circumferentially adjacent to the blade 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
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.More particularly, the blades 21b and 21d are pre-stressed to continually tend to shift their platforms downstream, while the blades 21a and 21c are pre-stressed to continually tend to shift their platforms upstream.
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
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.In practice, the offset of a blade along the axis AX can correspond to an offset in a direction slightly inclined relative to that of the axis AX, this direction corresponding to the axis of engagement of the root. blade in the disk, called axis or broaching direction which can be slightly oblique to the axis 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
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.Thus, different relatively simple solutions exist to obtain different prestresses or compensations depending on the axial direction on the blades, these being arranged alternately around the disc to be prestressed alternately upstream and downstream.
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.The alternation of preload can be obtained by providing an alternation of blades without compensation and of blades having compensation towards the upstream or of blades having compensation towards the downstream. When the assembly is assembled, the support exerted by the uncompensated blades on the compensated blades then necessarily generates an alternation of prestressing upstream and downstream.
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.Under these conditions, the ends of the wipers in contact and resting on each other make it possible to dampen the vibration modes. More particularly, when the platforms of two circumferentially adjacent blades approach and move away circumferentially from each other under the effect of a vibration mode, the axial support of the ends of their lip generate friction forces which oppose these movements, to dampen the vibration mode, by dissipation of energy.
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.This damping also works in the case of vibration mode generating differential movements of the platforms according to their radial directions (span directions). Furthermore, in the case of a vibration mode presenting axial displacements, the device can act as a vibration limiter, except in the case where the blades vibrate in 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.As will be understood, the degree of prestressing of the blades upstream and downstream is dimensioned to generate a pressing force at the level of the contacts between the ends of the blades making it possible to dissipate the energy resulting from the vibration modes.
Dans l’exemple de la
Il est aussi possible, comme illustré sur la
Il est encore possible, comme illustré sur la
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
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.Generally speaking, the invention was presented for rotating blades comprising a platform and at least one lip manufactured from CMC type material, but the invention also applies to blades made of a metal alloy.
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2432134A1 (en) * | 1978-07-25 | 1980-02-22 | Rolls Royce | CANTILEVER STRUCTURE, PARTICULARLY FOR BLASTING GAS TURBINES |
DE4015206C1 (en) * | 1990-05-11 | 1991-10-17 | Mtu Muenchen Gmbh | |
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- 2022-06-22 FR FR2206151A patent/FR3137124B1/en active Active
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