EP4396445B1

EP4396445B1 - Dispositif d'amortissement pour roue mobile de turbomachine d'aéronef, roue mobile pour turbomachine d'aéronef, turbomachine pour aéronef et procédé de fabrication d'un dispositif d'amortissement

Info

Publication number: EP4396445B1
Application number: EP22773756.6A
Authority: EP
Inventors: Jean-Hilaire LEXILUS
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2021-09-01
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2025-05-21
Anticipated expiration: 2042-08-31
Also published as: US12480410B2; EP4396445A1; CN117897550A; US20240360767A1; FR3126446A1; WO2023031556A1; FR3126446B1

Description

Domaine technique

L'invention se rapporte au domaine des turbomachines pour ensemble propulsif d'aéronef. L'invention concerne un dispositif d'amortissement pour roue mobile de turbomachine d'aéronef, une roue mobile de turbomachine d'aéronef, une turbomachine d'aéronef. Elle concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif d'amortissement pour roue mobile de turbomachine d'aéronef.

État de la technique antérieure

Le rotor d'une turbomachine aéronautique conventionnelle comprend des roues mobiles formées chacune par un disque et une pluralité d'aubes qui se succèdent circonférentiellement. Chaque aube comprend un pied reçu dans une alvéole respective formée à la périphérie du disque.
Afin d'amortir les réponses vibratoires d'une telle roue lors du fonctionnement de la turbomachine, il est connu de disposer des organes en tôle entre le disque et les aubes de manière à dissiper l'énergie vibratoire par frottement sec entre ces organes et la roue mobile.
Un tel organe d'amortissement est généralement logé dans une cavité délimitée circonférentiellement par les échasses de deux aubes adjacentes, radialement vers l'extérieur par les plateformes de ces aubes et radialement vers l'intérieur par une dent du disque.
Sous l'action de la rotation de la roue mobile autour de l'axe radial, un tel organe d'amortissement peut être amené à pivoter autour de l'axe radial de telle façon à être plaqué axialement en amont sur l'une des échasses d'aube délimitant la cavité et axialement en aval sur l'autre échasse d'aube délimitant la cavité, ce qui tend à endommager les échasses.
FR 2 663 686 A1 et FR 1 579 923 A divulguent chacun un dispositif d'amortissement pour roue mobile de turbomachine d'aéronef selon l'état de la technique antérieure.

Exposé de l'invention

L'invention vise à procurer un dispositif d'amortissement permettant de réduire l'usure des pièces environnantes.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'amortissement pour roue mobile de turbomachine d'aéronef, selon les caractéristiques de la revendication 1.
L'organe élastique permet à l'amortisseur de se déformer en autorisant des déplacements relatifs des éléments d'appui et en dissipant une partie des efforts auxquels il est soumis.
Le dispositif d'amortissement de l'invention permet ainsi de réduire les efforts tangentiels appliqués sur les échasses, ou plus généralement sur les pièces avec lesquelles les éléments d'appui entrent en contact, et de réduire ainsi leur usure, tout en assurant de bonnes performances d'amortissement.
De préférence, chaque enveloppe comprend un bord libre, une surface intérieure délimitant l'espace creux de cette enveloppe et une surface extérieure, la surface intérieure et la surface extérieure de chaque enveloppe étant délimitées par le bord libre de cette enveloppe, le dispositif étant configuré de sorte que les bords libres des deux enveloppes soient en regard l'un de l'autre.
Les bords libres des deux enveloppes définissent entre eux un intervalle permettant d'éviter que ceux-ci entrent en contact l'un avec l'autre, au moins lorsque le dispositif n'est pas soumis à une contrainte extérieur et de préférence dans toutes les phases de fonctionnement de la turbomachine.
Une telle disposition des bords libres permet d'une part de déformer le dispositif par compression de l'organe élastique sous l'action d'une force exercée sur les enveloppes et, d'autre part, d'éviter que les bords libres des enveloppes n'entrent en contact avec les échasses délimitant la cavité recevant le dispositif.
La surface extérieure de chacune des enveloppes est de préférence lisse.
Autrement dit, la surface extérieure de chacune des enveloppes est de préférence dépourvue d'arêtes ou de parties saillantes.
Dans un mode de réalisation, la surface extérieure de chacune des enveloppes comprend une partie latérale destinée à être disposée en vis-à-vis de ladite échasse de l'une respective desdites aubes.
Dans un mode de réalisation, la surface extérieure de chacune des enveloppes comprend une partie inférieure destinée à être disposée en vis-à-vis d'une dent d'un disque de ladite roue mobile.
Dans un mode de réalisation dans lequel la surface extérieure de chacune des enveloppes comprend une partie latérale et une partie inférieure, la partie inférieure est de préférence reliée à la partie latérale par un arrondi.
Dans un mode de réalisation, la surface extérieure de chacune des enveloppes comprend une partie supérieure destinée à être disposée en vis-à-vis d'une plateforme de l'une respective desdites aubes.
Dans un mode de réalisation dans lequel la surface extérieure de chacune des enveloppes comprend une partie latérale et une partie supérieure, la partie supérieure est de préférence reliée à la partie latérale par un arrondi.
Dans un mode de réalisation, l'organe élastique comprend un premier matériau et les éléments d'appui comprennent un deuxième matériau différent du premier matériau.
Le premier matériau peut être un matériau élastomère comprenant de préférence du polyuréthane ou du fluoroéthane.
Le deuxième matériau peut être un alliage métallique comprenant de préférence du nickel.
Un tel alliage métallique permet d'obtenir un coefficient de frottement élevé avec la roue mobile, ce qui augmente l'efficacité de la dissipation d'énergie vibratoire lors des frottements.
L'invention a aussi pour objet une roue mobile pour turbomachine d'aéronef, s'étendant autour d'un axe longitudinal et comprenant un disque et des aubes, le disque formant des dents définissant circonférentiellement entre elles des alvéoles, les aubes comprenant chacune une plateforme, une échasse et un pied reçu dans l'une respective des alvéoles, la roue formant une cavité délimitée circonférentiellement par les échasses de deux desdites aubes qui se succèdent circonférentiellement, la cavité étant délimitée radialement vers l'intérieur par l'une des dents s'étendant circonférentiellement entre les pieds de ces deux aubes et radialement vers l'extérieur par les plateformes de ces deux aubes, la roue comprenant un dispositif d'amortissement tel que décrit ci-dessus logé dans la cavité.
L'invention a aussi pour objet une turbomachine pour aéronef, comprenant une roue mobile telle que décrite ci-dessus.
Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif d'amortissement tel que décrit ci-dessus.
Dans un mode de réalisation, ce procédé comprend une étape d'emboutissage de deux tôles de manière à former lesdites enveloppes.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape d'assemblage de l'organe élastique et des deux enveloppes ou éléments d'appui.
De préférence, l'étape d'assemblage comprend une opération de collage à froid ou d'adhérisation à chaud.
De telles méthodes d'assemblage sont simples et peu coûteuses.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.

Brève description des dessins

La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :

[Fig. 1] est une vue schématique en coupe axiale d'un turboréacteur à double corps et à double flux ;
[Fig. 2] est une vue schématique en perspective d'un secteur angulaire d'une roue mobile conforme à l'invention ;
[Fig. 3] est une vue schématique en perspective et en coupe transversale d'une partie de la roue de la figure 2 ;
[Fig. 4] est une vue schématique d'une partie de la roue de la figure 2, incluant un amortisseur conforme à l'invention ;
[Fig. 5] est une vue schématique en perspective et en éclaté de l'amortisseur de la figure 4 ;
[Fig. 6] est une vue schématique en perspective de l'amortisseur de la figure 5 ;
[Fig. 7] est une vue schématique en perspective et en coupe transversale de l'amortisseur de la figure 6 ;
[Fig. 8] est une vue schématique en perspective et en coupe transversale d'une partie de la roue de la figure 2, incluant l'amortisseur de la figure 5 ;
[Fig. 9] est une vue schématique en perspective d'une partie de la roue de la figure 2, incluant l'amortisseur de la figure 5.

Description détaillée de modes de réalisation

Il est représenté sur la figure 1 un turboréacteur 1 à double corps et double flux à faible taux de dilution, destiné à la propulsion d'un aéronef.
Le turboréacteur 1 présente un axe central longitudinal A1 autour duquel s'étendent ses différents composants.
Dans la présente description, les termes « amont » et « aval » sont définis par référence à un sens S1 d'écoulement principal des gaz dans le turboréacteur 1 selon l'axe A1.
Les figures 1 à 9 comprennent un repère définissant une direction axiale ou longitudinale D1 correspondant à la direction de l'axe A1, une direction radiale D2 et une direction tangentielle ou circonférentielle D3.
Le turboréacteur 1 comprend, de l'amont vers l'aval, un compresseur basse pression 2, un compresseur haute pression 3, une chambre de combustion 4, une turbine haute pression 5 et une turbine basse pression 6 constituant un générateur de gaz.
Le compresseur basse pression 2 et la turbine basse pression 6 forment un corps basse pression. Le compresseur haute pression 3 et la turbine haute pression 5 forment un corps haute pression.
De manière connue en soi, les compresseurs 2 et 3 ainsi que les turbines 5 et 6 comprennent chacun un rotor et un stator formant un ou plusieurs étages. De manière générale, un étage de compresseur comprend de l'amont vers l'aval une roue mobile aubagée qui aspire et accélère un flux d'air et un redresseur prévu pour redresser le flux ainsi accéléré en augmentant sa pression. Un étage de turbine comprend quant à lui, de l'amont vers l'aval, un distributeur et une roue mobile aubagée, le distributeur étant configuré pour accélérer le flux d'air en direction de la roue afin de l'entraîner en rotation.
Dans l'exemple de la figure 1, le compresseur basse pression 2 comprend sept étages, le compresseur haute pression 3 en comprend quatre, la turbine haute pression 5 en comprend un et la turbine basse pression 6 en comprend deux. Bien entendu, chacun des modules du générateur de gaz peut présenter un nombre différent d'étages sans sortir du cadre de l'invention.
Sur la figure 1, la roue mobile et le redresseur du premier étage du compresseur basse pression 2 sont visés par les références 8 et 9 respectivement. La roue mobile du deuxième étage de ce compresseur 2 est visée par la référence 10 et celle du troisième étage est visée par la référence 11.
La description qui suit se rapporte à titre d'exemple non limitatif à la roue mobile 8 du premier étage du compresseur basse pression 2 de la figure 1.
Bien entendu, la roue décrite ci-après peut former une autre roue du compresseur 2, par exemple la roue 10 ou 11, ou d'un autre module du turboréacteur 1 de la figure 1, par exemple du compresseur haute pression 3, ou encore une roue d'une turbomachine différente de celle de la figure 1. La description qui suit s'applique par analogie à ces différentes applications.
Les figures 2 et 3 montrent un secteur angulaire de la roue mobile 8.
De manière connue en soi, la roue 8 comprend un disque 20 et des aubes 21 - dont deux sont visibles sur les figures 2 et 3 - portées par le disque 20 en étant disposées les unes à côté des autres selon la direction circonférentielle D3.
A cet effet, le disque 20 présente sur sa périphérie des dents 22 qui définissent circonférentiellement entre elles des alvéoles de logement d'aube. Dans cet exemple, chaque alvéole s'étend selon une direction sensiblement parallèle à l'axe A1, de manière à former une ouverture traversant le disque 20 d'amont en aval.
Chaque aube 21 comprend, radialement de l'intérieur vers l'extérieur, un pied 24, une échasse 25, une plateforme 26 et une pale 27 formant la partie aérodynamique de l'aube 21 (voir figure 3). Dans cet exemple, le pied 24 de chaque aube 21 présente une forme extérieure dite « en sapin » ou « en bulbe », permettant son insertion dans l'une des alvéoles du disque qui présente une forme correspondante.
Chaque aube 21 est ainsi montée sur le disque 20 par insertion de son pied 24 dans l'une respective des alvéoles.
En référence aux deux aubes 21 visibles sur les figures 2 et 3, lesquelles se succèdent circonférentiellement, celles-ci délimitent avec le disque 20 une cavité. Cette cavité est délimitée circonférentiellement par les échasses 25 de ces deux aubes 21, radialement vers l'intérieur par la dent 22 s'étendant circonférentiellement entre les pieds 24 de ces deux aubes 21 et radialement vers l'extérieur par les plateformes 26 de ces deux aubes 21.
Chaque couple d'aubes 21 qui se succèdent circonférentiellement délimitent une cavité similaire. La description qui suit se rapporte à la cavité s'étendant entre les deux aubes 21 représentées sur les figures 2 et 3 et s'applique par analogie à chacune des autres cavités.
En référence aux figures 3 et 4, chaque dent 22 du disque 20 forme une oreille 32 s'étendant en saillie radialement vers l'extérieur au niveau d'une extrémité aval de la dent 22 de manière à former une surface aval du disque 20.
La figure 4 montre un anneau de retenue 33 en appui sur la surface aval formée par les dents 22 du disque 20 de la roue 8.
L'anneau 33 est fixé au disque par des moyens de liaison 34 formant dans cet exemple des boulons qui traversent chacun un orifice réalisé dans l'une respective des oreilles 32.
L'anneau 33 présente une dimension radiale lui permettant d'obturer axialement à l'aval les alvéoles de logement d'aube formées par le disque 20 de la roue 8, formant ainsi une butée axiale aval pour les aubes 21.
Dans cet exemple, l'anneau 33 est formé par une extrémité amont d'une virole solidaire du disque de la roue 10 du deuxième étage du compresseur 2 de la figure 1.
Un autre organe d'arrêt annulaire (non représenté) est dans cet exemple monté en amont du disque 20 de manière à former une butée axiale amont pour les aubes 21.
L'invention se rapporte plus spécifiquement à un dispositif d'amortissement 40, aussi appelé amortisseur, prévu pour être logé dans la cavité précitée de manière à amortir les réponses vibratoires de la roue 8 lors du fonctionnement du turboréacteur 1.
Les figures 5 à 7 montrent un amortisseur 40 conforme à l'invention, les figures 4, 8 et 9 illustrant sa position relative dans la cavité, relativement aux autres pièces de la roue 8.
Le référentiel D1-D2-D3 des figures 5 à 7 indique la position relative de l'amortisseur 40 lorsque celui-ci est ainsi logé dans la cavité.
En référence à la figure 5, l'amortisseur 40 comprend trois pièces 41, 42 et 43, les pièces 41 et 42 formant des éléments d'appui, la pièce 43 formant un organe élastique.
Dans cet exemple, les éléments d'appui 41 et 42 sont chacun formés par une tôle métallique à base de nickel ayant une épaisseur inférieure ou égale à 1 mm qui est emboutie de manière à former un espace creux.
L'élément d'appui 41 comprend une surface intérieure 50 et une surface extérieure 51 qui définissent entre elles l'épaisseur de la tôle formant cet élément d'appui 41.
L'élément d'appui 41 forme un bord libre 52 qui délimite les surfaces intérieure 50 et extérieure 51 et qui définit une courbe fermée.
D'un point de vue géométrique, les surfaces intérieure 50 et extérieure 51 sont des surfaces non développables.
La surface intérieure 50 de l'élément d'appui 41 délimite ledit espace creux formé par cette pièce.
En référence aux figures 5 à 7, l'élément d'appui 41 forme une partie latérale 54, une partie inférieure 55, une partie supérieure 56, une partie aval 57 et une partie amont 58. Les parties inférieure 55, supérieure 56, aval 57 et amont 58 sont chacune délimitées par une partie respective du bord libre 52.
L'élément d'appui 41 est conformé de sorte que la surface extérieure 51 soit lisse.
En particulier, les parties inférieure 55, supérieure 56, aval 57 et amont 58 sont chacune reliées d'une part entre elles et d'autre part à la partie latérale 54 par des transitions douces formant des arrondis sur la surface extérieure 51.
Dans cet exemple, les parties inférieure 55 et supérieure 56 s'étendent en regard l'une de l'autre et sensiblement perpendiculairement par rapport à la partie latérale.
Le bord libre 52 de l'élément d'appui 41 s'étend dans un plan qui est en l'occurrence parallèle aux directions D1 et D2.
Les éléments d'appui 41 et 42 sont symétriques l'un par rapport à l'autre de sorte que ce qui vient d'être décrit s'applique par analogie à l'élément d'appui 42.
Concernant l'organe élastique 43, celui-ci est dans cet exemple réalisé dans un matériau, par exemple à base de polyuréthane ou de fluoroéthane.
Comme il ressort des figures 5 à 7, l'organe élastique 43 est disposé entre les éléments d'appui 41 et 42 de sorte qu'une partie de l'organe élastique 43 soit logée dans l'espace creux formé par l'élément d'appui 41 et qu'une autre partie de l'organe élastique 43 soit logée dans l'espace creux formé par l'élément d'appui 42, de sorte que le libre 52 de l'élément d'appui 41 soit en regard du bord libre de l'élément d'appui 42 en définissant entre eux un intervalle X1 (voir figure 7).
Chacun des éléments d'appui 41 et 42 forme ainsi une enveloppe ou demi-coque, définissant un espace creux dans lequel est logé une partie respective de l'organe élastique 43.
Dans cet exemple, l'organe élastique 43 est fixé sur la surface intérieure 50 de la partie latérale 54 de chacun des éléments d'appui 41 et 42, à l'aide d'un procédé du type collage à froid ou adhérisation à chaud.
L'intervalle X1 entre les bords libres 52 des éléments d'appui 41 et 42 autorise un déplacement relatif de ces pièces l'une vers l'autre sous l'action d'efforts extérieurs exercés sur leur partie latérale 54 et d'une compression correspondante de l'organe élastique 43.
En référence à la figure 8, l'amortisseur 40 est logée dans la cavité précité de la roue 8 de sorte que :

la partie latérale 54 de l'élément d'appui 41 soit disposée en vis-à-vis de l'échasse 25 d'une première des aubes 21 délimitant cette cavité et que la partie latérale de l'élément d'appui 42 s'étende en vis-à-vis de l'échasse 25 d'une deuxième des aubes 21 délimitant cette cavité,
la partie inférieure 55 de chacun des éléments d'appui 41 et 42 soit disposée en vis-à-vis de la dent 22 délimitant cette cavité (voir aussi figures 4 et 9),
la partie supérieure 56 de l'élément d'appui 41 soit disposée en vis-à-vis de la plateforme 26 de ladite première aube 21 et la partie supérieure de l'élément d'appui 42 soit disposée en vis-à-vis de la plateforme 26 de ladite deuxième aube 21.

L'amortisseur 40 de l'invention permet ainsi de réduire l'usure des échasses 25 avec lesquelles il entre en contact lors du fonctionnement du turboréacteur 1.
Bien entendu, un tel amortisseur 40 peut être disposé dans chacune des cavités formées par les différents couples d'aubes 21 adjacentes de la roue 8 ou d'une autre roue mobile.
De plus, les éléments d'appui 41 et 42 et l'organe élastique 43 peuvent présenter une géométrie différente de celle décrite ci-dessus, notamment en fonction de la géométrie de la cavité dans laquelle l'amortisseur 40 est destiné à être logé.

Claims

Dispositif d'amortissement (40) pour roue mobile (8) de turbomachine (1) d'aéronef, comprenant deux éléments d'appui (41, 42) et un organe élastique (43) disposé entre les deux éléments d'appui (41, 42) de manière à autoriser un déplacement relatif des éléments d'appui (41, 42) l'un vers l'autre sous l'action d'efforts extérieurs exercés sur ces éléments d'appui (41, 42) et d'une compression de l'organe élastique (43), ce dispositif (40) étant destiné à être disposé entre deux aubes (21) de ladite roue mobile (8) qui se succèdent circonférentiellement de sorte que l'un des éléments d'appui (41) soit en vis-à-vis d'une échasse (25) de l'une de ces aubes (21) et que l'autre élément d'appui (42) soit en vis-à-vis d'une échasse (25) de l'autre desdites aubes (21),
caractérisé en ce que chacun des éléments d'appui (41, 42) forme une enveloppe définissant un espace creux dans lequel est logée une partie respective de l'organe élastique (43).
Dispositif (40) selon la revendication 1, dans lequel chaque enveloppe (41, 42) comprend un bord libre (52), une surface intérieure (50) délimitant l'espace creux de cette enveloppe (41, 42) et une surface extérieure (51), la surface intérieure (50) et la surface extérieure (51) de chaque enveloppe (41, 42) étant délimitées par le bord libre (52) de cette enveloppe, le dispositif (40) étant configuré de sorte que les bords libres (52) des deux enveloppes (41, 42) soient en regard l'un de l'autre.
Dispositif (40) selon la revendication 2, dans lequel la surface extérieure (51) de chacune des enveloppes (41, 42) est lisse.
Dispositif (40) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la surface extérieure (51) de chacune des enveloppes (41, 42) comprend une partie latérale (54) destinée à être disposée en vis-à-vis de ladite échasse (25) de l'une respective desdites aubes (21), une partie inférieure (55) destinée à être disposée en vis-à-vis d'une dent (22) d'un disque (20) de ladite roue mobile (8) et une partie supérieure (56) destinée à être disposée en vis-à-vis d'une plateforme (26) de l'une respective desdites aubes (21), les parties inférieure (55) et supérieure (56) étant chacune reliées à la partie latérale (54) par un arrondi.
Dispositif (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'organe élastique (43) comprend un premier matériau, tel qu'un matériau élastomère comprenant de préférence du polyuréthane ou du fluoroéthane, et les éléments d'appui (41, 42) comprennent un deuxième matériau, tel qu'un alliage métallique comprenant de préférence du nickel.
Roue mobile (8) pour turbomachine (1) d'aéronef, s'étendant autour d'un axe longitudinal (A1) et comprenant un disque (20) et des aubes (21), le disque (20) formant des dents (22) définissant circonférentiellement entre elles des alvéoles, les aubes (21) comprenant chacune une plateforme (26), une échasse (25) et un pied (24) reçu dans l'une respective des alvéoles, la roue (8) formant une cavité délimitée circonférentiellement par les échasses (25) de deux desdites aubes (21) qui se succèdent circonférentiellement, la cavité étant délimitée radialement vers l'intérieur par l'une des dents (22) s'étendant circonférentiellement entre les pieds (24) de ces deux aubes (21) et radialement vers l'extérieur par les plateformes (26) de ces deux aubes (21), caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif d'amortissement (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 logé dans la cavité.
Turbomachine (1) pour aéronef, comprenant une roue mobile (8) selon la revendication 6.
Procédé de fabrication d'un dispositif d'amortissement (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ce procédé comprenant une étape d'emboutissage de deux tôles de manière à former les enveloppes (41, 42) et une étape d'assemblage de l'organe élastique (43) et des deux enveloppes.
Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'étape d'assemblage comprend une opération de collage à froid ou d'adhérisation à chaud.