FR3146949A1 - BLADED WHEEL FOR AIRCRAFT TURBOMACHINE, COMPRISING AN IMPROVED DYNAMIC DAMPING DEVICE, EQUIPPED WITH ANGULAR WHEEL SECTORS WITH FIXED BEADS AND WITH MOBILE BEADS - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une roue aubagée (20) pour turbomachine d’aéronef, la roue étant formée par des premiers et seconds secteurs angulaires de roue (26a, 26b), chaque premier secteur angulaire présentant un talon fixe (32a) solidaire de la tête de pale et chaque second secteur angulaire (26b) présentant un talon mobile (32b) monté radialement mobile sur la tête (46) de pale. De plus, le talon fixe (32a) comporte au moins une première surface de friction (42a, 44a), et le talon mobile (32b) comporte au moins une seconde surface de friction (42b, 44b) destinée à coopérer par frottements avec la / les premières surfaces de friction, de manière à former un dispositif d’amortissement dynamique (40). Figure pour abrégé : Figure 3 The invention relates to a bladed wheel (20) for an aircraft turbomachine, the wheel being formed by first and second angular wheel sectors (26a, 26b), each first angular sector having a fixed heel (32a) secured to the blade head and each second angular sector (26b) having a movable heel (32b) mounted radially movable on the blade head (46). In addition, the fixed heel (32a) comprises at least one first friction surface (42a, 44a), and the movable heel (32b) comprises at least one second friction surface (42b, 44b) intended to cooperate by friction with the first friction surface(s), so as to form a dynamic damping device (40). Figure for abstract: Figure 3
Description
La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines d’aéronef, et plus précisément à la conception des roues aubagées formant les turbines et les compresseurs de ces turbomachines.The present invention relates to the field of aircraft turbomachines, and more precisely to the design of the bladed wheels forming the turbines and compressors of these turbomachines.
Elle concerne plus spécifiquement l’amortissement dynamique par frottements des secteurs angulaires de roue qui se succèdent selon la direction circonférentielle. De manière connue, chaque secteur angulaire de roue forme une unique aube de la roue, ou bien plusieurs aubes directement consécutives reliées à un même talon.It concerns more specifically the dynamic damping by friction of the angular wheel sectors which follow one another in the circumferential direction. As is known, each angular wheel sector forms a single blade of the wheel, or several directly consecutive blades connected to the same heel.
L’invention s’applique à toutes les conceptions de turbomachine, par exemple les turboréacteurs à soufflante entrainée directement par un corps basse pression, ou entraînée indirectement par un réducteur.The invention applies to all turbomachine designs, for example turbojets with a fan driven directly by a low-pressure body, or driven indirectly by a reducer.
Les compresseurs et les turbines des turbomachines d’aéronefs sont réalisés par une succession axiale de roues aubagées fixes et mobiles, également dites roues aubagées de stator, et roues aubagées de rotor. Dans le cas où une telle roue aubagée est sectorisée angulairement, à savoir selon la direction circonférentielle de la roue, il convient habituellement de limiter les contraintes vibratoires sur les secteurs angulaires de roue.The compressors and turbines of aircraft turbomachines are made by an axial succession of fixed and mobile bladed wheels, also called stator bladed wheels and rotor bladed wheels. In the case where such a bladed wheel is angularly sectorized, namely according to the circumferential direction of the wheel, it is usually appropriate to limit the vibration constraints on the angular sectors of the wheel.
Pour ce faire, il est mis en œuvre des moyens permettant d’assurer un amortissement dynamique de ces secteurs, en dissipant l’énergie de la résonnance par frottements entre les talons. Une telle solution d’amortissement est par exemple connue du document FR 3 085 712 A1.To do this, means are implemented to ensure dynamic damping of these sectors, by dissipating the resonance energy by friction between the heels. Such a damping solution is for example known from document FR 3 085 712 A1.
Une autre solution plus classique consiste à mettre en œuvre une technologie de frottements par contact, entre les talons des aubes adjacentes présentant des formes particulières. Cette technologie, également dite de « prétorsion », se caractérise en effet par une découpe spécifique des deux faces circonférentielles opposées du talon, avec une excroissance coté extrados, et une empreinte de forme complémentaire du côté intrados. La coopération deux à deux de ces faces circonférentielles permet un maintien des deux talons adjacents l’un par rapport à l’autre, dans la direction axiale. Cette technologie de prétorsion est également dénommée par le terme « interlock » de langue anglaise.Another more classic solution consists of implementing a contact friction technology, between the heels of adjacent blades with particular shapes. This technology, also called "pretorsion", is characterized by a specific cut of the two opposite circumferential faces of the heel, with a protrusion on the extrados side, and a complementary shaped imprint on the intrados side. The two-by-two cooperation of these circumferential faces allows the two adjacent heels to be held in relation to each other, in the axial direction. This pretorsion technology is also called "interlock" in English.
Lors du montage des aubes, une mise en appui des faces circonférentielles de contact est générée par le biais d’une déformée angulaire de la pale, constituant la prétorsion souhaitée.When assembling the blades, a support of the circumferential contact faces is generated by means of an angular deformation of the blade, constituting the desired pre-torsion.
En fonctionnement, les vibrations des aubes induisent des glissements relatifs au niveau des faces circonférentielles des talons, qui, couplées aux pressions de contact, créent de l’amortissement par friction.In operation, blade vibrations induce relative slippage at the circumferential faces of the heels, which, coupled with contact pressures, create friction damping.
Avec cette technologie, l’effort de contact entre les talons peut varier pendant le fonctionnement de la turbomachine. Cette variation peut provenir de la rotation naturelle de la pale autour de son axe de vrillage (sens horaire ou antihoraire), ou encore du mouvement relatif des talons adjacents selon la direction circonférentielle (rapprochement ou écartement). Lors du montage des aubes, il est nécessaire de tenir compte de ces possibles variations en fonctionnement, et de s’assurer qu’à haut régime, c’est-à-dire au régime où l’amortissement dynamique est principalement recherché, l’effort de contact cible soit atteint. Cela peut conduire à appliquer un effort de contact très élevé lors du montage des aubes, qui se traduit par des sur-contraintes statiques importantes, susceptibles de fragiliser les aubes et/ou d’en réduire la durée de vie. Cet inconvénient s’avère plus ou moins contraignant, en fonction du matériau utilisé et de sa capacité à supporter de telles contraintes. Par exemple, pour des aubes réalisées en matériau composite à matrice céramique, également dit matériau CMC, les contraintes mécaniques admissibles restent souvent faibles, ce qui rend les aubes peu tolérantes à ce principe de prétorsion. Ainsi, lorsqu’une aube est réalisée en matériau CMC, elle peut s’avérer incompatible avec la nécessité d’appliquer une forte prétorsion au montage, requise aux fins d’un amortissement satisfaisant au régime souhaité.With this technology, the contact force between the heels can vary during the operation of the turbomachine. This variation can come from the natural rotation of the blade around its twist axis (clockwise or counterclockwise), or from the relative movement of adjacent heels in the circumferential direction (approaching or spreading). When assembling the blades, it is necessary to take into account these possible variations in operation, and to ensure that at high speed, i.e. at the speed where dynamic damping is mainly sought, the target contact force is achieved. This can lead to applying a very high contact force when assembling the blades, which results in significant static over-stresses, likely to weaken the blades and/or reduce their service life. This drawback proves to be more or less restrictive, depending on the material used and its capacity to withstand such stresses. For example, for blades made of ceramic matrix composite material, also known as CMC material, the permissible mechanical stresses often remain low, which makes the blades not very tolerant of this pre-torsion principle. Thus, when a blade is made of CMC material, it may prove incompatible with the need to apply a high pre-torsion during assembly, required for the purposes of satisfactory damping at the desired speed.
Cette problématique est observée lorsque la roue aubagée est sectorisée en une pluralité d’aubes adjacentes distinctes les unes des autres, comme mentionné ci-dessus, mais également lorsque la roue présente des secteurs angulaires de roue comprenant chacun plusieurs pales, ainsi qu’un même talon solidaire de ces pales. En d’autres termes, dans le dernier cas, chaque secteur angulaire de roue peut être assimilé à une pluralité d’aubes adjacentes, solidaires les unes des autres.This problem is observed when the bladed wheel is sectorized into a plurality of adjacent blades distinct from each other, as mentioned above, but also when the wheel has angular wheel sectors each comprising several blades, as well as the same heel secured to these blades. In other words, in the latter case, each angular wheel sector can be assimilated to a plurality of adjacent blades, secured to each other.
D’autres solutions d’amortissement dynamique sont connues, comme le fait de rapporter des éléments de friction à l’interface entre les talons, au niveau de leurs faces circonférentielles qui coopèrent deux à deux. Ces solutions présentent généralement l’inconvénient de générer des perturbations aérodynamiques au niveau de la veine.Other dynamic damping solutions are known, such as the addition of friction elements to the interface between the heels, at the level of their circumferential faces which cooperate two by two. These solutions generally have the disadvantage of generating aerodynamic disturbances at the level of the vein.
Pour répondre aux inconvénients mentionnés ci-dessus, l’invention a tout d’abord pour objet une roue aubagée pour turbomachine d’aéronef, la roue étant formée par plusieurs secteurs angulaires de roue se succédant selon une direction circonférentielle de la roue, chaque secteur angulaire de roue comprenant une ou plusieurs pales ainsi qu’un talon agencé en tête de ladite une ou plusieurs pales.To address the drawbacks mentioned above, the invention firstly relates to a bladed wheel for an aircraft turbomachine, the wheel being formed by several angular wheel sectors succeeding one another in a circumferential direction of the wheel, each angular wheel sector comprising one or more blades as well as a heel arranged at the head of said one or more blades.
Selon l’invention, la roue comprend un premier secteur angulaire de roue ainsi qu’un second secteur angulaire de roue adjacent au premier, le premier secteur angulaire de roue présentant un talon fixe solidaire de la tête de ladite une ou plusieurs pales de ce premier secteur, tandis que le second secteur angulaire de roue présente un talon mobile monté radialement mobile sur la tête de ladite une ou plusieurs pales de ce second secteur de roue. De plus, le talon fixe comporte au moins une première surface de friction, et le talon mobile comporte au moins une seconde surface de friction destinée à coopérer par frottements avec ladite au moins une première surface de friction, de manière à former un dispositif d’amortissement dynamique.According to the invention, the wheel comprises a first angular wheel sector and a second angular wheel sector adjacent to the first, the first angular wheel sector having a fixed heel secured to the head of said one or more blades of this first sector, while the second angular wheel sector has a movable heel mounted radially movable on the head of said one or more blades of this second wheel sector. In addition, the fixed heel comprises at least one first friction surface, and the movable heel comprises at least one second friction surface intended to cooperate by friction with said at least one first friction surface, so as to form a dynamic damping device.
L’invention apporte ainsi une solution simple, fiable, performante et de faible masse à la problématique exposée précédemment, dont le principe permet de s’affranchir des contraintes associées au principe de prétorsion des aubes rencontré dans l’art antérieur. Notamment, il n’est plus nécessaire d’introduire des contraintes statiques de prétorsion élevées dans les secteurs angulaires lors de leur montage, et l’usinage de formes complexes complémentaires sur les faces circonférentielles opposées des talons n’est plus requis. Avantageusement, l’invention permet l’utilisation de matériaux variés pour la réalisation des secteurs angulaires de roue, incluant les matériaux CMC.The invention thus provides a simple, reliable, high-performance and low-mass solution to the problem set out above, the principle of which makes it possible to overcome the constraints associated with the principle of pre-torsion of the blades encountered in the prior art. In particular, it is no longer necessary to introduce high static pre-torsion constraints in the angular sectors during their assembly, and the machining of complementary complex shapes on the opposite circumferential faces of the heels is no longer required. Advantageously, the invention allows the use of various materials for the production of the angular wheel sectors, including CMC materials.
Grâce au caractère déplaçable du talon mobile du second secteur angulaire de roue, selon la direction radiale, ce talon mobile peut alors entrer en contact avec le talon fixe du premier secteur angulaire de roue adjacent, et générer avec lui un frottement d’amortissement vibratoire.Thanks to the movable nature of the movable heel of the second angular wheel sector, in the radial direction, this movable heel can then come into contact with the fixed heel of the first adjacent angular wheel sector, and generate with it a vibration damping friction.
L’invention présente également l’avantage de ne pas requérir la mise en œuvre d’éléments de friction rapportés entre les talons, avec comme gain une réduction de la masse globale de la roue aubagée.The invention also has the advantage of not requiring the implementation of friction elements added between the beads, with the advantage of reducing the overall mass of the bladed wheel.
Enfin, l’invention peut être aisément mise en œuvre sans impacter aérodynamiquement la veine, en tout cas en générant moins de perturbations qu’avec les solutions antérieures consistant à rapporter des éléments de friction à l’interface entre les talons, au niveau de leurs faces circonférentielles qui coopèrent deux à deux.Finally, the invention can be easily implemented without aerodynamically impacting the vein, in any case by generating less disturbance than with previous solutions consisting of adding friction elements to the interface between the beads, at the level of their circumferential faces which cooperate two by two.
L’invention prévoit par ailleurs préférentiellement au moins l’une quelconque des caractéristiques optionnelles suivantes, prises individuellement ou en combinaison.The invention also preferably provides at least one of the following optional features, taken individually or in combination.
De préférence, la roue aubagée comporte un autre premier secteur angulaire de roue agencé de sorte que les deux premiers secteurs angulaires de roue se trouvent directement de part et d’autre du second secteur angulaire de roue, ledit dispositif d’amortissement dynamique comportant également ladite au moins une première surface de friction de l’autre premier secteur angulaire de roue, destinée à coopérer par frottements avec ladite au moins une seconde surface de friction du second secteur angulaire de roue. En d’autres termes, dans ce mode de réalisation préféré de l’invention, la réalisation du dispositif d’amortissement dynamique par frottements provient de la coopération combinée entre d’une part le talon mobile du second secteur angulaire de roue, et d’autre part le talon fixe de chacun des deux premiers secteurs angulaires de roue disposés de part et d’autre du second secteur. Néanmoins, une simple coopération entre un second secteur angulaire de roue à talon mobile et un unique premier secteur de roue à talon fixe reste envisageable, sans sortir du cadre de l’invention.Preferably, the bladed wheel comprises another first angular wheel sector arranged so that the two first angular wheel sectors are located directly on either side of the second angular wheel sector, said dynamic damping device also comprising said at least one first friction surface of the other first angular wheel sector, intended to cooperate by friction with said at least one second friction surface of the second angular wheel sector. In other words, in this preferred embodiment of the invention, the production of the dynamic damping device by friction comes from the combined cooperation between on the one hand the movable heel of the second angular wheel sector, and on the other hand the fixed heel of each of the two first angular wheel sectors arranged on either side of the second sector. Nevertheless, a simple cooperation between a second angular wheel sector with a movable heel and a single first wheel sector with a fixed heel remains conceivable, without departing from the scope of the invention.
De préférence, le talon fixe comporte une première base ainsi qu’au moins un organe d’étanchéité faisant saillie radialement vers l’extérieur à partir de la première base du talon fixe. De plus, le talon mobile comporte une seconde base, la première et la seconde base présentant chacune une surface radialement interne de délimitation d’une veine de circulation des gaz.Preferably, the fixed heel comprises a first base and at least one sealing member projecting radially outward from the first base of the fixed heel. In addition, the movable heel comprises a second base, the first and second bases each having a radially internal surface for delimiting a gas circulation vein.
Selon une première possibilité, ladite au moins une première surface de friction du talon fixe comporte au moins une face circonférentielle de la première base du talon fixe, et ladite au moins une seconde surface de friction du talon mobile comporte au moins une face circonférentielle de la seconde base du talon mobile, les faces circonférentielles étant destinées à coopérer ensemble par frottements.According to a first possibility, said at least one first friction surface of the fixed heel comprises at least one circumferential face of the first base of the fixed heel, and said at least one second friction surface of the movable heel comprises at least one circumferential face of the second base of the movable heel, the circumferential faces being intended to cooperate together by friction.
Selon une seconde possibilité, au moins un organe d’étanchéité du talon fixe présente une portion en saillie circonférentiellement à partir de la première base, et ladite au moins une première surface de friction du talon fixe comporte une surface radialement interne de la portion en saillie de l’organe d’étanchéité, et ladite au moins une seconde surface de friction du talon mobile comporte au moins une portion d’une surface radialement externe de la seconde base du talon mobile, la surface radialement interne de la portion en saillie de l’organe d’étanchéité étant destinée à coopérer par frottements avec la portion de la surface radialement externe de la seconde base du talon mobile.According to a second possibility, at least one sealing member of the fixed heel has a portion projecting circumferentially from the first base, and said at least one first friction surface of the fixed heel comprises a radially internal surface of the projecting portion of the sealing member, and said at least one second friction surface of the movable heel comprises at least a portion of a radially external surface of the second base of the movable heel, the radially internal surface of the projecting portion of the sealing member being intended to cooperate by friction with the portion of the radially external surface of the second base of the movable heel.
Selon une troisième possibilité, la seconde base du talon mobile comprend au moins une extension circonférentielle d’épaisseur réduite, et ladite au moins une seconde surface de friction du talon mobile comporte une face radialement externe de l’extension circonférentielle, ladite au moins une première surface de friction du talon fixe comportant une face d’évidement sur la surface radialement interne de délimitation de la veine de circulation des gaz, la face radialement externe de l’extension circonférentielle étant destinée à coopérer par frottements avec la face d’évidement de la surface radialement interne de délimitation de la veine.According to a third possibility, the second base of the mobile heel comprises at least one circumferential extension of reduced thickness, and said at least one second friction surface of the mobile heel comprises a radially external face of the circumferential extension, said at least one first friction surface of the fixed heel comprising a recess face on the radially internal surface delimiting the gas circulation vein, the radially external face of the circumferential extension being intended to cooperate by friction with the recess face of the radially internal surface delimiting the vein.
Bien entendu, les première, seconde et troisième solutions précitées sont combinables entre elles.Of course, the first, second and third solutions mentioned above can be combined with each other.
De préférence, le talon mobile est dépourvu d’organe d’étanchéité faisant saillie radialement vers l’extérieur à partir de la seconde base. Par conséquent, le talon mobile peut être réalisé aisément par une simple plaque trouée, pour laisser passer la tête de la / des pales du second secteur angulaire de roue concerné.Preferably, the movable heel is devoid of a sealing member projecting radially outwards from the second base. Consequently, the movable heel can be easily produced by a simple perforated plate, to allow the head of the blade(s) of the second angular sector of the wheel concerned to pass through.
De préférence, la roue aubagée est formée par l’alternance, selon la direction circonférentielle, de premiers et de seconds secteurs angulaires de roue.Preferably, the bladed wheel is formed by alternating, in the circumferential direction, first and second angular wheel sectors.
De préférence, les premier et second secteurs angulaires de roue sont réalisés en matériau composite à matrice céramique, même si d’autres matériaux peuvent être envisagés, sans sortir du cadre de l’invention.Preferably, the first and second angular wheel sectors are made of ceramic matrix composite material, even if other materials can be envisaged, without departing from the scope of the invention.
De préférence, il s’agit d’une roue aubagée fixe ou mobile, de compresseur ou de turbine, et de préférence une roue mobile de turbine basse pression.Preferably, it is a fixed or mobile bladed wheel, compressor or turbine, and preferably a low pressure turbine mobile wheel.
Enfin, l’invention a également pour objet une turbomachine d’aéronef, comme un turboréacteur à double flux et à double corps, comprenant au moins une telle roue aubagée.Finally, the invention also relates to an aircraft turbomachine, such as a dual-flow, dual-body turbojet, comprising at least one such bladed wheel.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.Other advantages and characteristics of the invention will appear in the detailed non-limiting description below.
Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels :This description will be made with regard to the attached drawings, among which:
En référence tout d’abord à la
La turbomachine 1 présente un axe central longitudinal 2 autour duquel s’étendent ses différents composants. Elle comprend, d’amont en aval selon une direction principale 5 d’écoulement des gaz à travers cette turbomachine, une soufflante 3, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 11, une turbine haute pression 7 et une turbine basse pression 8. La soufflante 3 peut être entraînée directement par un corps basse pression comprenant le compresseur 4 et la turbine 8, ou bien être entraînée indirectement par un réducteur (non représenté).The turbomachine 1 has a longitudinal central axis 2 around which its various components extend. It comprises, from upstream to downstream along a main direction 5 of gas flow through this turbomachine, a fan 3, a low-pressure compressor 4, a high-pressure compressor 6, a combustion chamber 11, a high-pressure turbine 7 and a low-pressure turbine 8. The fan 3 can be driven directly by a low-pressure body comprising the compressor 4 and the turbine 8, or be driven indirectly by a reducer (not shown).
De manière conventionnelle, après avoir traversé la soufflante 3, l’air se divise en un flux primaire central 12a et un flux secondaire 12b qui entoure le flux primaire. Le flux primaire 12a s’écoule dans une veine principale 14a de circulation des gaz traversant les compresseurs 4, 6, la chambre de combustion 11 et les turbines 7, 8. Le flux secondaire 12b s’écoule quant à lui dans une veine secondaire 14b délimitée radialement vers l’extérieur par un carter moteur, entouré d’une nacelle 9.Conventionally, after passing through the blower 3, the air is divided into a central primary flow 12a and a secondary flow 12b which surrounds the primary flow. The primary flow 12a flows in a main gas circulation vein 14a passing through the compressors 4, 6, the combustion chamber 11 and the turbines 7, 8. The secondary flow 12b flows in a secondary vein 14b delimited radially outwards by an engine casing, surrounded by a nacelle 9.
Chaque turbine 7, 8 et chaque compresseur 4, 6 comprend, de façon classique et connue de l’homme du métier, une alternance de roues aubagées mobiles et de roues aubagées fixes, centrées sur l’axe 2. L’invention réside dans la conception de ces roues aubagées, et plus particulièrement dans le principe d’amortissement dynamique qui y est implanté.Each turbine 7, 8 and each compressor 4, 6 comprises, in a conventional manner known to those skilled in the art, an alternation of mobile bladed wheels and fixed bladed wheels, centered on the axis 2. The invention lies in the design of these bladed wheels, and more particularly in the dynamic damping principle implemented therein.
La
La roue aubagée 20 comprend un disque 22, centré sur l’axe 2 et sur lequel sont montés, radialement vers l’extérieur, une pluralité de secteurs angulaires de roue formant une rangée annulaire d’aubes. En effet, dans l’invention, la roue aubagée présente un caractère sectorisé / segmenté selon la direction circonférentielle 24. Dans le mode de réalisation préféré montré sur la
A l’opposé du pied 30, radialement vers l’extérieur, la pale 28 de l’aube porte le talon 32, ce dernier étant donc agencé en tête de pale.Opposite the foot 30, radially outwards, the blade 28 of the vane carries the heel 32, the latter therefore being arranged at the blade head.
Bien que cela ne soit pas représenté, chaque secteur angulaire d’aube pourrait alternativement intégrer plusieurs pales adjacentes selon la direction circonférentielle 24, avec la tête de chacune de ces pales associée à un même talon 32. Dans ce cas de figure, chaque secteur angulaire de roue peut alors être assimilé à une pluralité d’aubes adjacentes 26, solidaires les unes des autres. Par la suite, il sera donc uniquement décrit, de manière détaillée, la solution à aubes individuelles et distinctes pour former les secteurs angulaires de roue. Néanmoins, l’ensemble des caractéristiques et des avantages qui sont décrits ci-dessous s’avèrent également applicables à la solution de secteurs angulaires de roue comprenant chacun plusieurs pales 28 adjacentes circonférentiellement.Although this is not shown, each angular blade sector could alternatively integrate several adjacent blades in the circumferential direction 24, with the head of each of these blades associated with the same heel 32. In this case, each angular wheel sector can then be assimilated to a plurality of adjacent blades 26, integral with each other. Subsequently, only the solution with individual and distinct blades to form the angular wheel sectors will therefore be described in detail. Nevertheless, all of the characteristics and advantages that are described below also prove to be applicable to the solution of angular wheel sectors each comprising several circumferentially adjacent blades 28.
L’une des particularités de l’invention réside dans l’alternance, selon la direction circonférentielle 24, de premiers et de seconds secteurs angulaires de roue de conceptions différentes, et formant à leurs interfaces des dispositifs d’amortissement dynamique par frottements, comme cela sera décrit ultérieurement. Ainsi, dans ce mode de réalisation préféré, il s’agit d’une alternance entre des premières aubes et des secondes aubes de conceptions différentes, qui vont être décrites en référence aux figures 3 à 5.One of the particularities of the invention lies in the alternation, in the circumferential direction 24, of first and second angular wheel sectors of different designs, and forming at their interfaces dynamic damping devices by friction, as will be described later. Thus, in this preferred embodiment, it is an alternation between first blades and second blades of different designs, which will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
Sur chacune de ces figures, il est représenté l’alternance de deux premières aubes 26a et de deux secondes aubes 26b, qui se succèdent selon la direction circonférentielle 24. Par la suite, il sera essentiellement décrit la coopération entre l’une des secondes aubes 26b, et les deux premières aubes 26a qui se trouvent agencées directement de part et d’autre de cette seconde aube 26b. A cet égard, il est noté que cette coopération entre les aubes 26a, 26b demeure la même au sein de toute la roue, étant précisé qu’un dispositif d’amortissement dynamique par frottement 40 est associé à chacune des secondes aubes 26b de la roue 20. De plus, toutes les premières aubes 26a présentent une conception identique ou similaire, de même que toutes les secondes aubes 26b présentent elles aussi une conception identique ou similaire, de sorte que seules une première aube 26a et une seconde aube 26b seront décrites ci-dessous.In each of these figures, there is shown the alternation of two first blades 26a and two second blades 26b, which follow one another in the circumferential direction 24. Subsequently, the cooperation between one of the second blades 26b and the two first blades 26a which are arranged directly on either side of this second blade 26b will essentially be described. In this regard, it is noted that this cooperation between the blades 26a, 26b remains the same within the entire wheel, it being specified that a dynamic friction damping device 40 is associated with each of the second blades 26b of the wheel 20. In addition, all the first blades 26a have an identical or similar design, just as all the second blades 26b also have an identical or similar design, so that only a first blade 26a and a second blade 26b will be described below.
En référence donc conjointement aux figures 3 à 5, chaque première aube 26a comporte un talon fixe 32a, solidaire de la tête de la pale 28. Ce talon fixe 32a comporte une première base 36a ainsi qu’au moins un organe d’étanchéité 38 faisant saillie radialement vers l’extérieur à partir de la première base 36a. La première base 36a forme une plateforme radialement externe, dont la surface radialement interne 37a délimite la veine principale 14a. De manière classique, la première plateforme 36a peut être prolongée axialement vers l’amont et vers l’aval, respectivement par deux becquets. A partir de sa surface radialement externe 39a, la première plateforme 36a du talon fixe porte plusieurs organes d’étanchéité 38, à savoir deux organes 38 en forme de léchettes qui font saillie de la surface 39a vers l’extérieur, selon une direction radiale 35 de l’aube selon laquelle le pied 30 et le talon 32 sont écartés l’un de l’autre, avec le pied situé davantage vers l’intérieur. Dans la description, les termes interne/externe et intérieur/extérieur, associés à la direction radiale 35, sont définis par rapport à chaque aube dans son environnement, et donc par rapport au pied de l’aube qui forme radialement la partie la plus interne de cette aube.With reference therefore jointly to FIGS. 3 to 5, each first blade 26a comprises a fixed heel 32a, integral with the head of the blade 28. This fixed heel 32a comprises a first base 36a as well as at least one sealing member 38 projecting radially outwards from the first base 36a. The first base 36a forms a radially external platform, the radially internal surface 37a of which delimits the main vein 14a. In a conventional manner, the first platform 36a can be extended axially upstream and downstream, respectively by two spoilers. From its radially external surface 39a, the first platform 36a of the fixed heel carries several sealing members 38, namely two members 38 in the form of lips which project from the surface 39a towards the outside, in a radial direction 35 of the blade in which the root 30 and the heel 32 are spaced apart from each other, with the root located further towards the inside. In the description, the terms internal/external and internal/external, associated with the radial direction 35, are defined in relation to each blade in its environment, and therefore in relation to the root of the blade which radially forms the innermost part of this blade.
Pour ce qui concerne les léchettes 38 précitées, une légère inclinaison axiale de celles-ci est possible, comme une inclinaison vers l’amont, sans sortir du cadre de l’invention. Les léchettes 38, ici au nombre de deux espacées axialement l’une de l’autre, présentent une extrémité distale en regard radialement d’une surface intérieure d’un carter de turbine (non représenté). Elles permettent de maîtriser l’étanchéité avec ce carter de turbine, en configuration de fonctionnement du turboréacteur. En effet, ces léchettes 38 sont destinées à se rapprocher au plus près de la surface du carter afin de procurer une fonction d’étanchéité vis-à-vis du flux primaire 12a, qui traverse la roue mobile aubagée 20 en rotation.As regards the aforementioned wipers 38, a slight axial inclination of these is possible, such as an inclination towards the upstream, without departing from the scope of the invention. The wipers 38, here two in number spaced axially from each other, have a distal end facing radially an inner surface of a turbine casing (not shown). They make it possible to control the sealing with this turbine casing, in the operating configuration of the turbojet. Indeed, these wipers 38 are intended to come as close as possible to the surface of the casing in order to provide a sealing function with respect to the primary flow 12a, which passes through the rotating bladed wheel 20.
Les deux léchettes 38 ainsi que la première plateforme 36a délimitent ensemble une cavité 45 ouverte radialement vers l’extérieur, et habituellement dénommée « baignoire ».The two lips 38 and the first platform 36a together delimit a cavity 45 open radially towards the outside, and usually called a “bathtub”.
En outre, chaque léchette 38 présente une portion 38a en saillie circonférentiellement à partir de la première base / plateforme 36a, et de préférence deux portions 38a s’étendant en saillie dans des sens opposés depuis les extrémités circonférentielles respectives de la première base 36a. Chaque portion de léchette en saillie 38a présente une forme identique ou similaire au corps de léchette 38 qu’elle prolonge selon la direction circonférentielle 24.Furthermore, each lip 38 has a portion 38a projecting circumferentially from the first base/platform 36a, and preferably two portions 38a projecting in opposite directions from the respective circumferential ends of the first base 36a. Each projecting lip portion 38a has a shape identical or similar to the lip body 38 which it extends in the circumferential direction 24.
Le talon fixe 32a présente la particularité de comporter plusieurs premières surfaces de friction, destinées à l’amortissement dynamique des talons par frottements.The fixed heel 32a has the particularity of comprising several first friction surfaces, intended for the dynamic damping of the heels by friction.
Il s’agit tout d’abord des deux faces circonférentielles opposées 42a de la première base 36a, de faible épaisseur radiale. Il s’agit ensuite d’une surface radialement interne 44a de chaque portion de léchette en saillie 38a, à savoir quatre surfaces 44a pour chaque première aube 26a.These are first of all the two opposite circumferential faces 42a of the first base 36a, of low radial thickness. They then concern a radially internal surface 44a of each projecting lip portion 38a, namely four surfaces 44a for each first blade 26a.
En outre, chaque seconde aube 26b comporte un talon mobile 32b, monté radialement mobile sur la tête 46 de la pale 28. Pour ce faire, le talon mobile 32b se présente ici sous la forme d’une simple seconde base 36b, préférentiellement dépourvue de léchettes comme celles équipant la première base 36a des talons fixes des premières aubes 26a. De ce fait, le talon mobile 32b peut être réalisé à l’aide d’une simple plaque trouée d’une ouverture 48 de forme complémentaire de celle de la tête de pale 46 qu’elle reçoit, et le long de laquelle le talon 32b est apte à se déplacer en fonctionnement, selon une amplitude radiale limitée.In addition, each second blade 26b comprises a movable heel 32b, mounted radially movable on the head 46 of the blade 28. To do this, the movable heel 32b is here in the form of a simple second base 36b, preferably without lickers like those equipping the first base 36a of the fixed heels of the first blades 26a. As a result, the movable heel 32b can be produced using a simple plate pierced with an opening 48 of a shape complementary to that of the blade head 46 which it receives, and along which the heel 32b is able to move in operation, according to a limited radial amplitude.
Le maintien radialement vers l’intérieur du talon mobile 32b s’effectue de préférence par un ou plusieurs méplats 50, pratiqués sur la tête de pale 46. Alternativement, de par le vrillage de la pale 28, la géométrie de celle-ci peut à elle seule empêcher le talon mobile 32b de glisser radialement vers l’intérieur au-delà d’une position déterminée par rapport à la tête de pale 46. Le maintien du talon mobile 32b radialement vers l’extérieur est quant à lui assuré par les portions circonférentielles en saillie 38 des talons fixes 32a des premières aubes adjacentes 26a, comme cela sera exposé ultérieurement.The radially inward retention of the movable heel 32b is preferably carried out by one or more flats 50, made on the blade head 46. Alternatively, due to the twisting of the blade 28, the geometry of the latter can by itself prevent the movable heel 32b from sliding radially inward beyond a determined position relative to the blade head 46. The radially outward retention of the movable heel 32b is ensured by the projecting circumferential portions 38 of the fixed heels 32a of the first adjacent blades 26a, as will be explained later.
La seconde base 36b forme donc également une plateforme radialement externe, dont la surface radialement interne 37b délimite la veine principale 14a. En revanche, comme indiqué précédemment, sa surface radialement externe 39b est dépourvue d’organe d’étanchéité, et forme une surface libre, de préférence continue. A cet égard, il est néanmoins noté que les secondes base 36b et/ou les premières bases 36a pourraient être équipées, sur leurs surfaces radialement externes respectives 39b, 39a, de nervures de renforcement mécanique en saillie radialement vers l’extérieur.The second base 36b therefore also forms a radially external platform, the radially internal surface 37b of which delimits the main vein 14a. On the other hand, as indicated previously, its radially external surface 39b is devoid of a sealing member, and forms a free surface, preferably continuous. In this regard, it is nevertheless noted that the second bases 36b and/or the first bases 36a could be equipped, on their respective radially external surfaces 39b, 39a, with mechanical reinforcement ribs projecting radially outwards.
Le talon mobile 32b présente la particularité de comporter plusieurs secondes surfaces de friction, destinées à l’amortissement dynamique des talons par frottements.The mobile heel 32b has the particularity of comprising several second friction surfaces, intended for the dynamic damping of the heels by friction.
Il s’agit tout d’abord des deux faces circonférentielles opposées 42b de la seconde base 36b, de faible épaisseur radiale. Il s’agit ensuite de portions 44b de la surface radialement externe 39b de la seconde base 36b, à savoir quatre portions 44b pour chaque seconde aube 26b, chacune de ces portions 44b étant en effet destinée à coopérer par frottements avec la surface radialement interne 44a de l’une des portions de léchette en saillie 38a.These are first of all the two opposite circumferential faces 42b of the second base 36b, of small radial thickness. These are then portions 44b of the radially external surface 39b of the second base 36b, namely four portions 44b for each second blade 26b, each of these portions 44b being in fact intended to cooperate by friction with the radially internal surface 44a of one of the projecting wiper portions 38a.
Plus précisément, un dispositif d’amortissement dynamique 40 est associé à chaque seconde aube 26b, au niveau de son talon mobile 32b. Pour la seconde aube 26b située la plus à gauche sur les figures 3 à 5, de part et d’autre de laquelle sont agencées deux premières aubes 26a, le dispositif d’amortissement dynamique 40 est formé par la coopération par frottements des surfaces suivantes, en cas d’excitations vibratoires au cours du fonctionnement du turboréacteur :More specifically, a dynamic damping device 40 is associated with each second blade 26b, at its movable heel 32b. For the second blade 26b located furthest to the left in FIGS. 3 to 5, on either side of which two first blades 26a are arranged, the dynamic damping device 40 is formed by the frictional cooperation of the following surfaces, in the event of vibration excitations during operation of the turbojet:
- sur la première aube 26a de gauche, les deux surfaces radialement internes 44a des deux portions de léchette 38a en saillie vers la seconde aube 26b considérée, respectivement avec deux portions 44b de la surface radialement externe 39b de la seconde base 36b du talon mobile 32b, ces surfaces étant en regard / en contact deux à deux ;- on the first blade 26a on the left, the two radially internal surfaces 44a of the two wiper portions 38a projecting towards the second blade 26b considered, respectively with two portions 44b of the radially external surface 39b of the second base 36b of the movable heel 32b, these surfaces being opposite/in contact two by two;
- sur l’autre première aube 26a, à savoir celle de droite, les deux surfaces radialement internes 44a des deux portions de léchette 38a en saillie vers la seconde aube 26b considérée, respectivement avec les deux autres portions 44b de la surface radialement externe 39b de la seconde base 36b du talon mobile 32b, ces surfaces étant en regard / en contact deux à deux ;- on the other first blade 26a, namely the one on the right, the two radially internal surfaces 44a of the two wiper portions 38a projecting towards the second blade 26b considered, respectively with the two other portions 44b of the radially external surface 39b of the second base 36b of the movable heel 32b, these surfaces being opposite/in contact two by two;
- sur la première aube 26a de gauche, la face circonférentielle 42a de la première base 36a, avec la face circonférentielle 42b de la seconde base 36b qui lui est située en regard / en contact selon la direction circonférentielle 24 ; et- on the first blade 26a on the left, the circumferential face 42a of the first base 36a, with the circumferential face 42b of the second base 36b which is located opposite it/in contact in the circumferential direction 24; and
- sur la première aube 26a de droite, la face circonférentielle 42a de la première base 36a, avec la face circonférentielle 42b de la seconde base 36b qui lui est située en regard / en contact selon la direction circonférentielle 24.- on the first blade 26a on the right, the circumferential face 42a of the first base 36a, with the circumferential face 42b of the second base 36b which is located opposite it/in contact in the circumferential direction 24.
En fonctionnement, c’est bien le frottement deux à deux des surfaces mentionnées ci-dessus qui procurent l’amortissement désiré.In operation, it is the two-by-two friction of the surfaces mentioned above which provides the desired damping.
Dans l’invention, la capacité d’amortissement dynamique est avantageusement renforcée par le caractère mobile du second talon 32b, selon une amplitude radiale préférentiellement limitée, et dont la butée radiale externe est formée par les quatre portions circonférentielles de léchette en saillie 38a qui le recouvrent. D’ailleurs, il est noté que les quatre portions en saillie 38a concernées peuvent être en contact deux à deux circonférentiellement, pour renforcer encore davantage l’effet d’amortissement dynamique conféré par le dispositif 40, en cas d’excitations vibratoires.In the invention, the dynamic damping capacity is advantageously reinforced by the mobile nature of the second heel 32b, according to a preferably limited radial amplitude, and whose external radial stop is formed by the four projecting circumferential lip portions 38a which cover it. Moreover, it is noted that the four projecting portions 38a concerned can be in contact two by two circumferentially, to further reinforce the dynamic damping effect conferred by the device 40, in the event of vibration excitations.
Le mode de réalisation préféré se rapporte à une roue mobile 20 de turbine ou de compresseur, de sorte que le plaquage radial du second talon 32b, contre les quatre portions circonférentielles de léchette en saillie 38a, s’effectue sous l’effet de la force centrifuge au cours du fonctionnement du turboréacteur. Dans un autre mode de réalisation préféré où la roue 20 est une roue fixe de compresseur ou de turbine, ce plaquage radial peut être simplement obtenu du fait de la différence de pression observée de part et d’autre du second talon 32b, selon la direction radiale 35.The preferred embodiment relates to a mobile turbine or compressor wheel 20, such that the radial plating of the second heel 32b, against the four projecting circumferential lip portions 38a, is carried out under the effect of centrifugal force during operation of the turbojet. In another preferred embodiment where the wheel 20 is a fixed compressor or turbine wheel, this radial plating can be simply obtained due to the pressure difference observed on either side of the second heel 32b, in the radial direction 35.
Il est noté que c’est le même type de matériau qui est ici préférentiellement envisagé pour la fabrication des premières et secondes aubes 26a, 26b, à savoir un matériau CMC. C’est en effet ce type de matériau qui est privilégié pour toutes les parties constitutives de ces aubes 26a, 26b, notamment les talons fixes et mobiles 32a, 32b.It is noted that it is the same type of material that is here preferentially envisaged for the manufacture of the first and second blades 26a, 26b, namely a CMC material. It is in fact this type of material that is preferred for all the constituent parts of these blades 26a, 26b, in particular the fixed and mobile heels 32a, 32b.
Par ailleurs, les talons fixes et mobiles 32a, 32b sont de préférence réalisés de sorte que les premières bases 36a présentent une longueur circonférentielle strictement supérieure à la longueur circonférentielle des secondes bases 36b. Le rapport entre ces longueurs peut excéder la valeur de deux, voire être encore supérieur.Furthermore, the fixed and movable heels 32a, 32b are preferably made so that the first bases 36a have a circumferential length strictly greater than the circumferential length of the second bases 36b. The ratio between these lengths may exceed the value of two, or even be even greater.
Aussi, l’invention apporte une solution d’amortissement simple et performante, répondant aux cas d’excitations vibratoires des aubes générant sur celles-ci un/des modes de flexion axiale, un/des modes de flexion tangentielle / circonférentielle, ainsi qu’un/des modes de torsion radiale autour de la direction radiale de ces aubes.Also, the invention provides a simple and efficient damping solution, responding to cases of vibration excitation of the blades generating on them one or more axial bending modes, one or more tangential/circumferential bending modes, as well as one or more radial torsion modes around the radial direction of these blades.
Selon un autre mode de réalisation préféré de l’invention représenté sur la
De même, parmi les secondes surfaces de friction du talon mobile, le dispositif d’amortissement 40 comporte également une face radialement externe 52b de l’extension circonférentielle de droite, coopérant par frottements avec une face d’évidement 52a prévue sur la surface radialement interne 37a de l’aube de droite, cette face d’évidement 52a faisant elle aussi partie intégrante des premières surfaces de friction du dispositif 40.Similarly, among the second friction surfaces of the movable heel, the damping device 40 also comprises a radially external face 52b of the right circumferential extension, cooperating by friction with a recess face 52a provided on the radially internal surface 37a of the right blade, this recess face 52a also forming an integral part of the first friction surfaces of the device 40.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite, uniquement à titre d’exemples non limitatifs et dans la limite de la portée des revendications annexées.Of course, various modifications may be made by those skilled in the art to the invention which has just been described, solely by way of non-limiting examples and within the scope of the appended claims.
Claims (10)
caractérisée en ce que la roue comprend un premier secteur angulaire de roue (26a) ainsi qu’un second secteur angulaire de roue (26b) adjacent au premier, le premier secteur angulaire de roue présentant un talon fixe (32a) solidaire de la tête de ladite une ou plusieurs pales de ce premier secteur, tandis que le second secteur angulaire de roue (26b) présente un talon mobile (32b) monté radialement mobile sur la tête (46) de ladite une ou plusieurs pales de ce second secteur de roue,
le talon fixe (32a) comportant au moins une première surface de friction (42a, 44a, 52a), et le talon mobile (32b) comportant au moins une seconde surface de friction (42b, 44b, 52b) destinée à coopérer par frottements avec ladite au moins une première surface de friction, de manière à former un dispositif d’amortissement dynamique (40).Bladed wheel (20) for an aircraft turbomachine, the wheel being formed by several angular wheel sectors (26a, 26b) succeeding one another in a circumferential direction (24) of the wheel, each angular wheel sector comprising one or more blades (28) as well as a heel (32a, 32b) arranged at the head of said one or more blades,
characterized in that the wheel comprises a first angular wheel sector (26a) and a second angular wheel sector (26b) adjacent to the first, the first angular wheel sector having a fixed heel (32a) secured to the head of said one or more blades of this first sector, while the second angular wheel sector (26b) has a movable heel (32b) mounted radially movable on the head (46) of said one or more blades of this second wheel sector,
the fixed heel (32a) comprising at least one first friction surface (42a, 44a, 52a), and the movable heel (32b) comprising at least one second friction surface (42b, 44b, 52b) intended to cooperate by friction with said at least one first friction surface, so as to form a dynamic damping device (40).
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- 2023-03-22 FR FR2302694A patent/FR3146949A1/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Effective date: 20240927 |
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