FR3102205A1 - Flyweight turbomachine rotor - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un rotor dont un disque aubagé monobloc pourvu d’au moins une masselotte (170) d'équilibrage. La partie amont de la plateforme du disque présente une bride (72). La bride (72) s’étend annulairement autour dudit axe (X) et définit, avec une surface radialement intérieure (66c) de la plate-forme, au moins un dit logement (73). La masselotte (170) d'équilibrage est fixée à la bride, en porte-à-faux. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4The invention relates to a rotor including a one-piece bladed disc provided with at least one balancing weight (170). The upstream part of the disc platform has a flange (72). The flange (72) extends annularly around said axis (X) and defines, with a radially inner surface (66c) of the platform, at least one said housing (73). The balancing weight (170) is fixed to the flange, cantilevered. Figure to be published with the abstract: Figure 4
Description
Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne un rotor de turbomachine à gaz pour aéronef.The present invention relates to a gas turbine engine rotor for an aircraft.
Est spécifiquement concerné l'équilibrage d’un tel rotor par l'ajout de poids dits « masselottes », ces poids étant montés sur une bride du rotor.Is specifically concerned with the balancing of such a rotor by the addition of so-called "weights", these weights being mounted on a flange of the rotor.
Sur certaines turbomachines d’aéronef, certains rotors comprennent individuellement :
- au moins un disque aubagé monobloc monté tournant autour d’un axe de rotation et présentant des aubes ayant chacune un bord d’attaque raccordé, de façon monobloc et radialement intérieure, à une partie amont d’une plateforme du disque aubagé monobloc, laquelle étant elle-même raccordée, de façon monobloc et radialement intérieure, à une jante du disque aubagé monobloc, et
- au moins une masselotte d'équilibrage de ce rotor disque aubagé monobloc.On certain aircraft turbine engines, certain rotors individually include:
- at least one one-piece bladed disc mounted to rotate around an axis of rotation and having blades each having a leading edge connected, in a one-piece and radially internal manner, to an upstream part of a platform of the one-piece bladed disc, which being itself connected, in a one-piece and radially internal manner, to a rim of the one-piece bladed disc, and
- at least one balancing weight of this one-piece bladed disc rotor.
Pour mémoire, un disque aubagé monobloc (DAM ; en anglais : «blisk»; mot-valise réunissant blade et disk) est un élément monobloc de turboréacteur (partie compresseur ou turbine) constitué des aubes et du disque d'aubes. Un disque aubagé monobloc est typiquement réalisé par usinage d'un bloc homogène de métal. Ainsi, les aubes sont raccordées, de façon monobloc et radialement intérieure (donc en pied), à une plateforme du disque.For the record, a one-piece blisk (DAM; in English: “blisk”; portmanteau combining blade and disk) is a one-piece turbojet element (compressor or turbine part) made up of the blades and the blade disk. A one-piece blisk is typically produced by machining a homogeneous block of metal. Thus, the blades are connected, in a single piece and radially inside (therefore at the root), to a platform of the disc.
Notamment sur de tels DAM, l'équilibrage dynamique d’un rotor peut notablement conditionner le bon fonctionnement de ce rotor.In particular on such DAM, the dynamic balancing of a rotor can significantly condition the proper functioning of this rotor.
Aussi, parmi les problèmes que l’invention cherche à traiter, est ici en particulier visé ce qui suit :
- imaginer une solution évitant/limitant les contraintes du rotor au moins en pied d’aube, en veine interne (là où passe l’air primaire, dans un turboréacteur double flux), tout en gardant sensiblement la masse de l’équilibrage, sans donc accroître notablement cette masse ;
- faciliter les montages/démontages de la (chaque) masselotte sur le rotor ;
- sécuriser la fixation de la (chaque) masselotte ;
- éviter/limiter les vibrations de la (chaque) masselotte une fois montée ;
- éviter de mettre en contrainte les raccordements en pieds d’aubes, sur le rotor considéré, et donc éviter de limiter sa durée de vie,
- proposer une solution qui soit applicable sur tout type de disque du moment qu’un aménagement conventionnel permet de recevoir la masselotte.Also, among the problems that the invention seeks to address, the following is particularly targeted here:
- imagine a solution avoiding/limiting the constraints of the rotor at least at the root of the blade, in the inner section (where the primary air passes, in a turbofan engine), while substantially keeping the mass of the balancing, without therefore significantly increase this mass;
- facilitate assembly/disassembly of (each) weight on the rotor;
- secure the fixing of the (each) flyweight;
- avoid/limit vibrations of (each) counterweight once mounted;
- avoid stressing the connections at the blade roots, on the rotor in question, and therefore avoid limiting its service life,
- to propose a solution which is applicable on any type of disc as long as a conventional arrangement makes it possible to receive the flyweight.
Dans EP1564372, il est proposé d’utiliser un dispositif d'équilibrage d'un disque de rotor de type disque aubagé monobloc, le disque présentant les caractéristiques citées ci-avant et le dispositif d'équilibrage comportant, en partie radialement intérieure de la plate-forme, au moins un logement où est disposée au moins une dite masselotte d'équilibrage.In EP1564372, it is proposed to use a device for balancing a rotor disk of the one-piece bladed disk type, the disk having the characteristics mentioned above and the balancing device comprising, in the radially inner part of the plate -shape, at least one housing where at least one said balancing weight is arranged.
Toutefois, les problèmes ci-avant ne sont pas pour autant résolus.However, the above problems are not resolved.
C’est dans ces conditions qu’il est d’abord proposé, sur un dispositif d'équilibrage d'un disque de rotor de type disque aubagé monobloc :
- que le disque comporte donc des aubes raccordées, de façon monobloc et radialement intérieure, à une partie amont d’une plateforme du disque aubagé monobloc, elle-même raccordée, de façon monobloc et radialement intérieure, à une jante du disque aubagé monobloc, ce disque étant monté tournant autour d’un axe (X) de rotation et présentant axialement un côté amont, vers lequel les aubes ont chacune un bord d’attaque, et un côté aval, - et que le dispositif d'équilibrage comporte, en partie radialement intérieure de la plate-forme, au moins un logement où est disposée au moins une masselotte d'équilibrage,
- avec comme autres particularités :
-- que la partie amont de la plateforme présente une bride :
--- s’étendant annulairement autour dudit axe (X), en amont de la jante, et,
--- définissant, avec une surface radialement intérieure de la plate-forme, au moins un dit logement, et,
-- que la masselotte d'équilibrage soit fixée à la bride, en porte-à-faux.It is under these conditions that it is first proposed, on a device for balancing a rotor disc of the one-piece bladed disc type:
- that the disc therefore comprises blades connected, in a one-piece and radially internal manner, to an upstream part of a platform of the one-piece bladed disc, itself connected, in a one-piece and radially internal manner, to a rim of the one-piece bladed disc, this disc being mounted to rotate around an axis (X) of rotation and axially having an upstream side, towards which the blades each have a leading edge, and a downstream side, - and that the balancing device comprises, in radially inner part of the platform, at least one housing where at least one balancing weight is arranged,
- with other particularities:
-- that the upstream part of the platform has a flange:
--- extending annularly around said axis (X), upstream of the rim, and,
--- defining, with a radially inner surface of the platform, at least one said housing, and,
-- that the balancing weight is fixed to the flange, cantilevered.
Cette solution permet notamment d’éviter de mettre en contrainte les raccordements en pieds d’aubes. Elle est applicable dès lors qu’un aménagement est prévu pour recevoir au moins une dite masselotte.This solution makes it possible in particular to avoid stressing the connections at the blade roots. It is applicable when a layout is planned to receive at least one said weight.
Dans le présent texte :
- axial a pour sens suivant l’axe X ou (sensiblement) parallèle à l’axe X, qui est l’axe autour duquel tourne la partie rotor (donc notamment les aubes),
- interne et externe ont pour sens respectivement (sensiblement) radialement interne et radialement externe vis-à-vis de l’axe X précité de rotation du (de chaque) rotor ici considéré, et
les expressions amont (AM) et aval (AV) sont à considérer en référence au sens de circulation général de l’air dans la turbomachine, l’air ici concerné arrivant de l’amont, passant dans au moins un compresseur, alimentant ensuite une chambre de combustion où il est mélangé à du carburant, les gaz issus de la combustion sortant à l’aval pour passer alors dans au moins une turbine adaptée pour entraîner le compresseur.In this text:
- axial has the direction along the X axis or (substantially) parallel to the X axis, which is the axis around which the rotor part rotates (therefore in particular the blades),
- internal and external have respectively (substantially) radially internal and radially external directions with respect to the aforementioned X axis of rotation of the (each) rotor considered here, and
the expressions upstream (AM) and downstream (AV) are to be considered with reference to the general direction of air circulation in the turbomachine, the air concerned here arriving from upstream, passing through at least one compressor, then supplying a combustion chamber where it is mixed with fuel, the gases resulting from the combustion exiting downstream to then pass through at least one turbine adapted to drive the compressor.
La solution précitée permet aussi d’éviter de limiter le nombre de perçages si de tels moyens sont prévus pour fixer chaque masselotte.The aforementioned solution also makes it possible to avoid limiting the number of holes if such means are provided to fix each flyweight.
Ainsi est-il proposé que la bride présente, de préférence pour chaque masselotte, un orifice traversé par un moyen de fixation de la masselotte, fixant de la sorte la/chaque masselotte à cette bride.Thus it is proposed that the flange has, preferably for each counterweight, an orifice through which a means for fixing the counterweight passes, thus fixing the/each counterweight to this flange.
La bride pourra en particulier être festonnée, ce que permet la solution ici présentée, même si la majorité des festons sont percés pour la fixation des masselottes.The flange may in particular be scalloped, which the solution presented here allows, even if the majority of the scallops are drilled for the fixing of the weights.
Avec des fixations par vis/écrous à la bride, les montages/démontages (possibles) des masselottes seront aisés.With fixings by screws/nuts to the flange, assembly/disassembly (possible) of the weights will be easy.
Par ailleurs, il est aussi proposé que, la bride s’étendant en amont de la jante, la masselotte s’étende alors entre la bride et la jante, avec la partie la plus importante de sa masse située axialement plus près de la jante que de la bride.Furthermore, it is also proposed that, the flange extending upstream of the rim, the flyweight then extends between the flange and the rim, with the greater part of its mass located axially closer to the rim than of the flange.
Associé au moins aux premières caractéristiques précitées, ceci renforcera la possibilité ici offerte de limiter la contrainte statique, ceci permettant d’admettre plus de contrainte dynamique sur le disque, en modifiant donc pour cela le CDG (centre de gravité) axial du système, diminuant ainsi la flexion de la jante, sans diminuer la masse des masselottes, donc sans diminuer la capacité globale d’équilibrage. Pour mémoire, la flexion de la jante est proportionnelle à la masse et à la position axiale du centre de gravité du système d’équilibrage choisi (comprenant la fixation (vis+écrou typiquement) et la masselotte.Associated at least with the first characteristics mentioned above, this will reinforce the possibility offered here of limiting the static stress, this making it possible to admit more dynamic stress on the disc, thus modifying for this the axial CDG (center of gravity) of the system, decreasing thus the flexing of the rim, without reducing the mass of the weights, therefore without reducing the overall balancing capacity. As a reminder, the flexing of the rim is proportional to the mass and to the axial position of the center of gravity of the balancing system chosen (including the fixing (bolt + nut typically) and the flyweight.
Pour renforcer encore cet aspect, il est aussi proposé que la/chaque masselotte présente une première partie qui s’étend le long de la bride, du côté aval, et qui se raccorde à une deuxième partie qui s’étend le long de la surface radialement intérieure de la plate-forme.To further reinforce this aspect, it is also proposed that the/each counterweight has a first part which extends along the flange, on the downstream side, and which is connected to a second part which extends along the surface radially inner of the platform.
Avec une masselotte « épousant » plus ou moins la forme (typiquement à section en « L » renversé) de la bride pour suivre ensuite celle du « dessous » (surface interne) de la plate-forme, on va pouvoir obtenir un CDG axial du système d’équilibrage le plus en aval possible (vers le « cou », le « cou » d’un disque étant, radialement, la partie (référencée 68c ci-après) rayonnée de raccordement entre la plateforme et une zone centrale (référencée 68a ci-après) radialement plus centrale que le cou. Ceci aura pour effet de diminuer l’effet de flexion (lié à la force centrifuge) et la contrainte au niveau desdits raccordements (sensiblement rayonnés) aubes/plateforme.With a riser "following" more or less the shape (typically an inverted "L" section) of the flange to then follow that of the "underside" (internal surface) of the platform, we will be able to obtain an axial CDG of the balancing system as far downstream as possible (towards the "neck", the "neck" of a disc being, radially, the radiated part (referenced 68c below) of connection between the platform and a central zone (referenced 68a below) radially more central than the neck. This will have the effect of reducing the bending effect (linked to centrifugal force) and the stress at the level of said blade/platform connections (substantially radiated).
Encore pour limiter les efforts exercés en statique sur le disque, il est aussi proposé que, pour justement solliciter la masselotte considérée vers la surface radialement intérieure de la plate-forme, la/chaque masselotte présente une partie sensiblement radiale située à l’opposé de ladite surface radialement intérieure de la plate-forme.Again to limit the forces exerted statically on the disc, it is also proposed that, in order precisely to urge the flyweight in question towards the radially inner surface of the platform, the/each flyweight has a substantially radial part located opposite said radially inner surface of the platform.
Avec cette partie sensiblement radiale, on va donc favoriser un plaquage de la masselotte vers la plate-forme, sous effet centrifuge.With this substantially radial part, we will therefore promote pressing of the counterweight towards the platform, under centrifugal effect.
Et pour combiner ceci avec un positionnement du CDG axial du système d’équilibrage le plus en aval possible, afin de diminuer donc l’effet de flexion, il est proposé que la masselotte d'équilibrage présente, en aval des première et deuxième parties, une troisième partie plus massive que les première et deuxième parties.And to combine this with a positioning of the axial CDG of the balancing system as far downstream as possible, in order to therefore reduce the bending effect, it is proposed that the balancing weight have, downstream of the first and second parts, a third part more massive than the first and second parts.
Cette troisième partie pourra être définie par ladite partie sensiblement radiale.This third part may be defined by said substantially radial part.
Et, elle pourra d’ailleurs prolonger vers l’aval la deuxième partie, en s’incurvant sensiblement radialement vers l’axe (X) de rotation.And, it can also extend the second part downstream, by curving substantially radially towards the axis (X) of rotation.
Ainsi, on disposera de masselottes individuellement monoblocs et pourvues tant d’une fixation amont, que d’un recul vers l’aval du CDG (via les deuxième et troisième parties) et d’un effet de plaquage centrifuge (avec la masse aval).Thus, we will have individually one-piece flyweights provided with both an upstream fixing, and a backward movement downstream of the CDG (via the second and third parts) and a centrifugal plating effect (with the downstream mass) .
Concernant la fixation amont, il est en particulier proposé que ladite première partie de masselotte présente au moins un orifice traversé, comme l’orifice de la bride, par le moyen de fixation de la masselotte, pour ainsi fixer cette masselotte à la bride de la plate-forme.Concerning the upstream fixing, it is in particular proposed that said first part of the flyweight has at least one orifice through which, like the orifice of the flange, the flyweight fixing means passes, in order to thus fix this flyweight to the flange of the platform.
Typiquement, chaque masselotte présentera une forme de plaque, de base, cintrée sensiblement en « C » basculé de 90°, si l’on a arrêté une forme présentant lesdites première, deuxième et troisième parties.Typically, each flyweight will have a base plate shape, substantially bent in a "C" tilted by 90°, if a shape having said first, second and third parts has been decided upon.
En termes de forme, on peut trouver intérêt à la travailler encore, notamment pour :
- gagner en stabilité tangentielle (c’est-à-dire circonférentiellement autour de l’axe X), et
- répartir la masse de la masselotte,
afin, lors de la rotation des aubes, d’atténuer encore les sur-contraintes locales en pieds d’aubes, donc vers leurs raccordements à la surface radialement extérieure de la plate-forme.In terms of form, it may be of interest to work on it further, in particular for:
- gain tangential stability (i.e. circumferentially around the X axis), and
- distribute the mass of the weight,
in order, during the rotation of the blades, to further attenuate the local over-stresses at the blade roots, therefore towards their connections to the radially outer surface of the platform.
Une solution est d’étendre la forme de la masselotte tangentiellement.One solution is to extend the shape of the feeder tangentially.
Un évidement au centre de la masselotte permet d’ajuster la masse de la masselotte.A recess in the center of the weight allows the mass of the weight to be adjusted.
C’est dans ce cadre qu’il est donc proposé ce qui suit :
- la première partie se raccorde à la deuxième partie en s’évasant circonférentiellement, et/ou
- la deuxième partie présente un creux qui la scinde en deux portions latérales, et/ou
- les aubes présentent individuellement un calage angulaire (de pied d’aube) définissant un angle non nul par rapport à une parallèle audit axe (X) de rotation, là où elles se raccordent individuellement à la plateforme, et la deuxième partie de la (chaque) masselotte suit sensiblement ce calage angulaire, le long de la surface radialement intérieure de la plate-forme.It is in this context that the following is therefore proposed:
- the first part connects to the second part by widening circumferentially, and/or
- the second part has a hollow which divides it into two lateral portions, and/or
- the blades individually have an angular setting (of the blade root) defining a non-zero angle with respect to a parallel to said axis (X) of rotation, where they are individually connected to the platform, and the second part of the ( each) flyweight substantially follows this angular setting, along the radially inner surface of the platform.
Les solutions qui précèdent permettent globalement de rendre possible
- un (dé)calage vers l’aval le CDG, et
- un effet de plaquage centrifuge.The above solutions generally make it possible to
- a (de)timing downstream of the CDG, and
- a centrifugal plating effect.
Outre le rotor précité, l’invention vise aussi un compresseur de turbomachine à gaz pour aéronef comprenant ledit rotor, avec tout ou partie des caractéristiques précitées.In addition to the aforementioned rotor, the invention also relates to a gas turbine engine compressor for aircraft comprising said rotor, with all or part of the aforementioned characteristics.
Brève description des figuresBrief description of figures
Description détailléedetailed description
La figure 1 représente un exemple de turbomachine à gaz 20 pour aéronef, en l’espèce un turboréacteur double flux comprenant une soufflante 22 en aval de laquelle le flux d’air entrant F se scinde entre un flux primaire F1 qui passe dans la partie moteur 20a de la turbomachine et un flux secondaire F2 qui passe dans une veine secondaire 20b qui entoure axialement la partie moteur 20a. La turbomachine 20 présente une ligne médiane ou axe longitudinal central X autour duquel tourne une partie rotor de la turbomachine.FIG. 1 represents an example of a gas turbine engine 20 for an aircraft, in this case a turbofan engine comprising a fan 22 downstream of which the incoming air flow F splits between a primary flow F1 which passes into the engine part 20a of the turbomachine and a secondary flow F2 which passes through a secondary stream 20b which axially surrounds the engine part 20a. The turbomachine 20 has a centerline or central longitudinal axis X around which a rotor part of the turbomachine rotates.
D'avant en arrière et donc d’amont (AM) vers l’aval (AV), le moteur 20a comporte différentes sections comprenant successivement un compresseur basse pression (LPC) 24, un compresseur haute pression (HPC) 26, une chambre de combustion 28, une turbine haute pression (HPT) 30 et une turbine basse pression (LPT) 32. Chacun de ces compresseurs et turbines, LPC, HPC, HPT et LPT, comprend plusieurs étages d'aubes de rotor intercalés axialement avec des étages associés d'aubes de stator.From front to rear and therefore from upstream (AM) to downstream (AV), the engine 20a comprises different sections comprising successively a low pressure compressor (LPC) 24, a high pressure compressor (HPC) 26, a combustion turbine 28, a high pressure turbine (HPT) 30 and a low pressure turbine (LPT) 32. Each of these compressors and turbines, LPC, HPC, HPT and LPT, comprises several stages of rotor blades axially interspersed with associated stages of stator vanes.
Les étages d’aubes du LPC sont couplés aux étages d’aubes du LPT via un arbre axial 40 destiné à être entraîné par le LPT. De manière similaire, les étages d’aubes du HPC sont couplés aux étages d’aubes du HPT via un arbre axial 42. Les étages d’aubes LPT et LPC et leur arbre associé peuvent former un corps basse pression. De même, les étages d’aubes HPC et HPT et leur arbre associé peuvent former un corps haute pression. Les corps peuvent être montées pour tourner autour de l’axe X par des systèmes de paliers (non représentés). Les parties tournantes du LPC, du HPC, du HPT et du LPT peuvent former des rotors associés.The LPC blade stages are coupled to the LPT blade stages via an axial shaft 40 intended to be driven by the LPT. Similarly, the HPC blade stages are coupled to the HPT blade stages via an axial shaft 42. The LPT and LPC blade stages and their associated shaft may form a low pressure body. Similarly, the HPC and HPT blade stages and their associated shaft can form a high pressure body. The bodies can be mounted to rotate around the X axis by bearing systems (not shown). The rotating parts of the LPC, HPC, HPT and LPT can form associated rotors.
Un compresseur à haute pression 26 tel que celui de la figure 2 comprend un rotor central 41 entraîné par une ligne d'arbres 42 et comporte une enveloppe 44 de forme fuselée composée d'anneaux 46 juxtaposés et séparés axialement par des disques aubagés monoblocs (DAM) 48 intégrant radialement (axe Z) des étages d'aubes mobiles 50. Les anneaux 46 et les disques aubagés monoblocs 48 forment un seul ensemble, et sont donc monoblocs.A high-pressure compressor 26 such as that of FIG. 2 comprises a central rotor 41 driven by a line of shafts 42 and comprises a casing 44 of tapered shape composed of rings 46 juxtaposed and separated axially by one-piece bladed discs (DAM ) 48 integrating radially (Z axis) stages of moving blades 50. The rings 46 and the one-piece bladed discs 48 form a single assembly, and are therefore one-piece.
Un stator 52 entoure le rotor 41 et comprend, en doublure interne d'une carcasse 54, un carter 56 de support et une virole 58 soutenue par le carter 56, tournée vers le rotor 41. La virole 58 sert à délimiter la veine 20c annulaire d'écoulement des gaz (dite veine primaire où arrive le flux primaire F1) dans laquelle s'étendent les étages d'aubes mobiles 50 et des étages d'aubes stationnaires (en anglais « vanes ») 60 de redressement de l'écoulement, qui sont accrochés à la virole 58 et alternent avec les étages précédemment mentionnés.A stator 52 surrounds the rotor 41 and comprises, in the inner lining of a carcass 54, a support casing 56 and a ferrule 58 supported by the casing 56, facing the rotor 41. The ferrule 58 serves to delimit the annular vein 20c gas flow (known as the primary vein where the primary flow F1 arrives) in which extend the stages of moving blades 50 and stages of stationary blades (in English "vanes") 60 for straightening the flow, which are hooked to the ferrule 58 and alternate with the previously mentioned floors.
Chaque disque aubagé monobloc (DAM) 48 est donc monté tournant autour de l’axe X. Ses aubes 50, qui se répartissent sur sa périphérie et s’étendent sensiblement radialement autour dudit axe X, ont chacune un bord d’attaque 50a raccordé, en 66a, de façon monobloc et radialement intérieure, à une partie amont d’une plateforme (radialement) intérieure du disque aubagé monobloc. Cette plateforme, repérée 66, est elle-même raccordée, de façon monobloc et radialement intérieure, à une jante 68 du disque aubagé monobloc. Typiquement cette jante peut présenter radialement vers l’intérieur, depuis la plateforme 66 : le cou 68c (adjacent donc à cette plateforme), puis ladite zone centrale 68a, qui est plus fine qu’une partie radialement encore plus intérieure 68b, plus renflée (parfois dénommée poireau d’équilibrage).Each one-piece bladed disc (DAM) 48 is therefore mounted to rotate around axis X. Its blades 50, which are distributed over its periphery and extend substantially radially around said axis X, each have a connected leading edge 50a, at 66a, in a one-piece and radially inner manner, to an upstream part of a (radially) inner platform of the one-piece bladed disc. This platform, marked 66, is itself connected, in one piece and radially inside, to a rim 68 of the one-piece bladed disc. Typically this rim may present radially inwards, from the platform 66: the neck 68c (therefore adjacent to this platform), then said central zone 68a, which is thinner than a radially even more inner part 68b, more bulging ( sometimes referred to as the balancing leek).
Au moins en partie radialement intérieure, c’est par l’intermédiaire d’une succession de plateformes (dites intérieures) repérées de façon générale 69a, 69b (en aval du DAM du premier étage, dit DAM1) et dont sont pourvues respectivement en partie (radialement) intérieure les aubes mobiles 50 et les aubes stationnaires/fixes (« vanes ») 60 que la veine 20c est définie, sensiblement axialement.At least partly radially inner, it is via a succession of platforms (called inner) identified generally 69a, 69b (downstream of the DAM of the first floor, called DAM1) and which are provided respectively in part Inner (radially) the moving vanes 50 and the stationary/fixed vanes ("vanes") 60 that the stream 20c is defined, substantially axially.
Le raccordement 66a est typiquement concave et sensiblement rayonné.Connection 66a is typically concave and substantially radiated.
On voit grossièrement figure 2 que la plateforme intérieure 66 est pourvue sur sa circonférence (direction Y) d’au moins une masselotte 70 d'équilibrage en rotation du disque et plus généralement du rotor.It can be seen roughly in Figure 2 that the inner platform 66 is provided on its circumference (Y direction) with at least one weight 70 for balancing the rotation of the disc and more generally of the rotor.
Comme l’indique le détail IV de cette figure 2, parmi les disques aubagés monoblocs 48, celui du DAM1 dans l’exemple est schématisé pour partie figure 4. Sur cette figure, il s’agit toutefois d’une réalisation conforme à l’invention et donc différente de la représentation locale de la figure 2.As detail IV of this figure 2 indicates, among the one-piece bladed discs 48, that of the DAM1 in the example is shown schematically in part in figure 4. In this figure, however, it is an embodiment in accordance with invention and therefore different from the local representation of figure 2.
Quant à la figure 3, elle permet de déduire que, sans précaution particulière :
- la durée de vie du DAM peut être limitée, car la zone du DAM1 ici illustrée est chargée mécaniquement (charge statique croissante de A à D). Les premiers étages du compresseur sont donc chargés en contrainte en pied d’aube 50, car le ratio entre le volume de l’aube et celui du disque peut être important par comparaison avec ceux des derniers étages du compresseur ;
- le niveau de contrainte statique de la zone (du rayon) de raccordement aube/plateforme est déterminant pour la durée de vie de la pièce et la marge vibratoire. Si la contrainte statique est importante, on admettra moins de contrainte dynamique. Par ailleurs, gagner en marge vibratoire est important, notamment pour la certification de la turbomachine.As for figure 3, it makes it possible to deduce that, without any particular precaution:
- the life of the DAM may be limited, because the area of the DAM1 illustrated here is mechanically loaded (increasing static load from A to D). The first stages of the compressor are therefore loaded with stress at the root of the blade 50, since the ratio between the volume of the blade and that of the disc can be high in comparison with those of the last stages of the compressor;
- the level of static stress in the area (of the radius) of the blade/platform connection is decisive for the service life of the part and the vibration margin. If the static stress is high, less dynamic stress will be admitted. In addition, gaining vibration margin is important, especially for the certification of the turbomachine.
A noter que le (rayon de) raccordement 66a de l’aube, pour le premier mode de flexion du DAM1, est une zone importante ici considérée, car chargée en contraintes, en situations tant statique que dynamique. C’est en effet là que s’exercent l’essentiel des charges, quand la turbomachine tourne (sens de rotation S autour de l’axe X ; figure 3).It should be noted that the (radius of) connection 66a of the blade, for the first bending mode of DAM1, is an important zone considered here, because it is loaded with stresses, in both static and dynamic situations. This is where most of the loads are exerted, when the turbomachine is rotating (direction of rotation S around the X axis; figure 3).
Ces problèmes de charges/contraintes mécaniques excessives liées donc à la présence de balourd ou masselotte(s) ont ainsi ici mené, comme illustré figures 4,5:
- à ce que la partie amont de la plateforme 66 présente (intègre) une bride 72 s’étendant annulairement, autour dudit axe X, en amont de la jante 68 et définissant, avec une (sur)face radialement intérieure 66c de la plate-forme, au moins un logement 73,
- et à ce que la masselotte 170 d'équilibrage soit fixée à la bride 72, en porte-à-faux.These problems of excessive mechanical loads/stresses therefore linked to the presence of unbalance or counterweight(s) have thus led here, as illustrated in figures 4.5:
- that the upstream part of the platform 66 has (integrates) a flange 72 extending annularly, around said axis X, upstream of the rim 68 and defining, with a radially inner (on) face 66c of the platform form, at least one housing 73,
- And that the balancing weight 170 is fixed to the flange 72, cantilevered.
La bride 72 est ici une « bride amont » qui s’étend en amont de la jante 68.Flange 72 here is an "upstream flange" that extends upstream of rim 68.
Ainsi, lors de la mise en rotation du rotor, la masselotte 170 se centrifugera du côté de la face 66c de la plateforme du DAM et concentrera alors là les contraintes mécaniques, en aval de la bride, donc plus près du cou du disque (zone 68c figure 4) qu’avec un montage de masselotte en face amont de la bride, limitant ainsi les contraintes à l’endroit du raccordement 66a du pied d’aube. S’il y a de tels appuis radiaux sous pression des masselottes, ils s’opèreront uniquement lorsque le rotor et donc les disques 48 tournent autour de l’axe X.Thus, during the rotation of the rotor, the flyweight 170 will centrifugal on the side of the face 66c of the DAM platform and will then concentrate the mechanical stresses there, downstream of the flange, therefore closer to the neck of the disc (zone 68c in FIG. 4) only with a flyweight assembly on the upstream face of the flange, thus limiting the stresses at the location of the connection 66a of the blade root. If there are such radial supports under pressure from the flyweights, they will operate only when the rotor and therefore the discs 48 rotate around the X axis.
D’ailleurs, pour solliciter, par effet centrifuge, la masselotte 170 considérée vers la surface radialement intérieure 66c de la plate-forme, il est proposé que, dans le logement 73 en creux où elle est située, la masselotte présente une partie 81 sensiblement radiale située à l’opposé de ladite surface radialement intérieure de la plate-forme ; voir figure 4.Moreover, to urge, by centrifugal effect, the flyweight 170 considered towards the radially inner surface 66c of the platform, it is proposed that, in the recessed housing 73 where it is located, the flyweight has a part 81 substantially radially opposite said radially inner surface of the platform; see figure 4.
Pour lesdits appuis radiaux, et a minima pour favoriser un déport vers l’aval du CDG, chaque masselotte 170 présentera favorablement une (première) partie amont 170a s’étendant le long de la bride 72, du côté aval, et qui se raccordera à une (deuxième) partie 170b, aval, s’étendant le long de la surface radialement intérieure 66c de la plate-forme 66; voir également notamment figure 4.For said radial supports, and at least to promote an offset towards the downstream of the CDG, each counterweight 170 will favorably present a (first) upstream part 170a extending along the flange 72, on the downstream side, and which will be connected to a (second) part 170b, downstream, extending along the radially inner surface 66c of the platform 66; see also in particular Figure 4.
On peut aisément prévoir ladite partie sensiblement radiale 81 sur cette deuxième partie 170b, en la formant en saillie, du côté orienté vers l’axe X, donc à l’opposé de la surface radialement intérieure 66c de la plate-forme.It is easy to provide said substantially radial part 81 on this second part 170b, by forming it projecting, on the side facing the axis X, therefore opposite the radially inner surface 66c of the platform.
Comme illustré figures 4,5, la bride 72, plutôt qu’être radialement de hauteurHuniformément constante sur 360°, peut être festonnée, avec donc des creux 72a alternant circonférentiellement avec des saillies 72b s’étendant radialement vers l’axe X.As illustrated in Figures 4.5, the flange 72, rather than having a uniformly constant height H radially over 360°, can be scalloped, thus with depressions 72a alternating circumferentially with projections 72b extending radially towards the X axis.
La bride 72 s’étend radialement vers l’axe X dans l’exemple préféré illustré (forme à section en L).The flange 72 extends radially towards the X axis in the preferred example illustrated (L-section shape).
Pour sa fixation rapide, fiable, sécuritaire et pratique en vue d’atteindre les positions axiale (déport vers l’aval) et radiale (pour appui) précitées, il est conseillé :
- que la(chaque) masselotte 170 considérée présente donc une dite partie amont 170a (appelée première partie, sous réserve qu’il existe au moins ladite deuxième partie 170b) qui soit sensiblement parallèle à la bride 72 (ou à la saillie 72b considérée),
- et que cette partie amont 170a soit traversée par un orifice 171, pour une fixation (qui pourra être amovible) de la masselotte 170 considérée à la bride 72.For its fast, reliable, safe and practical fixing in order to reach the aforementioned axial (downstream offset) and radial (for support) positions, it is recommended:
- that the (each) flyweight 170 considered therefore has a said upstream part 170a (called the first part, provided that there is at least said second part 170b) which is substantially parallel to the flange 72 (or to the projection 72b considered) ,
- and that this upstream part 170a is crossed by an orifice 171, for fixing (which may be removable) of the counterweight 170 considered at the flange 72.
La bride présente quant à elle un orifice 74 axial.The flange itself has an axial orifice 74 .
Ainsi un moyen de fixation de la masselotte 170 pourra être engagé à travers les orifices alors alignés 74,171, fixant ainsi la/chaque masselotte d'équilibrage à la bride, comme illustré figure 4.Thus a means for fixing the weight 170 can be engaged through the then aligned holes 74,171, thus fixing the / each balancing weight to the flange, as shown in Figure 4.
Les moyens 75 de fixation individuels des masselottes 170 pourront comprendre des vis 77 et des écrous 79 disposés et serrés ensemble axialement (parallèlement à l’axe X). Ceci permettra des montages/démontages aisés et sûrs.The means 75 for individual fixing of the flyweights 170 may comprise screws 77 and nuts 79 arranged and tightened together axially (parallel to the axis X). This will allow easy and safe assembly/disassembly.
Disposée en aval de la bride amont 72, chaque masselotte 170 d'équilibrage s’étendra donc entre cette bride et la jante 68, avec de préférence la partie la plus importante de sa masse – zone(s) 810 sur les figures 6-11 – qui pourra être située axialement plus près de la jante que de la bride, déportant d’autant plus en aval le CDG et limitant ainsi d’autant plus le risque de fléchissement de la bride, sous l’effet centrifuge, donc le risque de fléchissement de la plateforme, voire de la jante.Arranged downstream of the upstream flange 72, each balancing weight 170 will therefore extend between this flange and the rim 68, preferably with the largest part of its mass – zone(s) 810 in FIGS. 6-11 – which may be located axially closer to the rim than to the flange, shifting the CDG even further downstream and thus further limiting the risk of the flange flexing, under the centrifugal effect, and therefore the risk of deflection of the platform, or even of the rim.
Cette ou ces zone(s) 810 pourra coïncider avec la partie sensiblement radiale 81 précitée. En particulier, on peut prévoir qu’en aval (AV) des première et deuxième parties 170a,170b, chaque masselotte présente une troisième partie 170c plus massive que les première et deuxième parties.This or these zone(s) 810 may coincide with the substantially radial part 81 mentioned above. In particular, it can be provided that downstream (AV) of the first and second parts 170a, 170b, each flyweight has a third part 170c which is more massive than the first and second parts.
Pour une facilité de fabrication et une efficacité certaine, la troisième partie 170c peut prolonger vers l’aval la deuxième partie 170b, en s’incurvant sensiblement radialement vers l’axe X de rotation, comme montré sur les figures, et repéré notamment figures 6 et 9.For ease of manufacture and certain efficiency, the third part 170c can extend the second part 170b downstream, by curving substantially radially towards the axis X of rotation, as shown in the figures, and marked in particular in Figures 6 and 9.
De préférence, chaque masselotte 170 sera monobloc, donc d’une seule pièce. Malgré ses différentes parties précitées, et une section qui peut être sensiblement en C, la masselotte ne sera traversée par le moyen de fixation retenu (la vis 77 dans l’exemple) qu’à l’endroit de sa partie amont 170a, afin de réaliser le porte-à-faux souhaité.Preferably, each flyweight 170 will be in one piece, so in one piece. Despite its various aforementioned parts, and a section which can be substantially C-shaped, the flyweight will only be crossed by the fixing means selected (the screw 77 in the example) at the location of its upstream part 170a, in order to achieve the desired overhang.
Dans la réalisation des figures 4,6, la masselotte 170 se présente comme une plaque de largeurl(dans la direction circonférentielle, une fois la masse montée comme figure 4) constante de l’amont vers l’aval.In the embodiment of Figures 4.6, the flyweight 170 is presented as a plate of width l (in the circumferential direction, once the mass mounted as Figure 4) constant from upstream to downstream.
La largeurlpourrait toutefois s’évaser d’amont vers l’aval et/ou, comme on le voit nettement sur ces deux figures, la masselotte pourrait s’épaissir (dans la direction radiale, une fois la masse montée ; épaisseur e) en direction de l’aval, afin que la masse soit plus importante côté aval de la masselotte que côté amont.The width l could, however, widen from upstream to downstream and/or, as can be seen clearly in these two figures, the weight could thicken (in the radial direction, once the mass has been mounted; thickness e) in the downstream direction, so that the mass is greater on the downstream side of the flyweight than on the upstream side.
Dans la réalisation des figures 7-11, la première partie 170a de la masselotte 170 se raccorde d’ailleurs à la deuxième partie 170b en s’évasant, circonférentiellement. Mais ceci peut, comme ici, être prévu aussi ou surtout pour gagner en stabilité circonférentielle et répartir la masse de la masselotte afin d’atténuer la sur-contrainte locale en pied de l’aube sensiblement sous laquelle la masselotte considérée sera montée.In the embodiment of Figures 7-11, the first part 170a of the flyweight 170 is also connected to the second part 170b by widening, circumferentially. But this can, as here, be provided also or above all to gain circumferential stability and distribute the mass of the flyweight in order to attenuate the local over-stress at the root of the blade substantially under which the flyweight in question will be mounted.
A ce sujet, on a schématisé figure 11 les positions relatives, en particulier en direction circonférentielle, que pourront occuper les aubes et les masselottes montées ; ici deux aubes 50 successives et une masselotte 170. On y note que la solution a prévue d’étendre la forme de la masselotte circonférentiellement. Un évidement ou creux 83 vers le centre de la masselotte peut permettre d’ajuster la masse de la masselotte.In this regard, Figure 11 shows the relative positions, in particular in the circumferential direction, that the blades and the mounted flyweights may occupy; here two successive vanes 50 and a flyweight 170. It is noted that the solution provided for extending the shape of the flyweight circumferentially. A recess or hollow 83 towards the center of the weight can allow the mass of the weight to be adjusted.
Dans la solution retenue et illustrée, la masselotte 170 est telle que sa deuxième partie 170b présente un creux 83 qui la scinde en deux portions latérales 173, 175.In the solution retained and illustrated, the flyweight 170 is such that its second part 170b has a hollow 83 which divides it into two lateral portions 173, 175.
Ces portions latérales 173, 175 peuvent s’étendre parallèlement à l’axe X, de part et d’autre du creux 83.These lateral portions 173, 175 can extend parallel to the axis X, on either side of the hollow 83.
Dans la solution schématisé figure 11, on note toutefois :
- que, par rapport à deux axes X1,X2 parallèles à l’axe X et passant par les raccordement respectifs de ces aubes à la plate-forme 66, les aubes 50 présentent individuellement un calage angulaire en pied d’aube définissant un angle α non nul (le calage peut varier suivant la hauteur de l’aube et dans ce cas, c’est le calage en pied qui intéresse), et
- que ladite deuxième partie 170b de la masselotte 170 suit sensiblement ce calage angulaire en pied d’aube (le long donc de la surface radialement intérieure de la plate-forme), via ses deux ailes ou portions latérales 173, 175 qui radialement sont respectivement situées sensiblement dans les plans d’élévation de l’aube 50 considérée : voir plan sensiblement radial P1 figure 4 qui passe par le raccordement de l’aube à la plate-forme et par une section radiale de la masselotte 170 représentée.In the solution shown schematically in Figure 11, however, we note:
- that, with respect to two axes X1, X2 parallel to the axis X and passing through the respective connections of these blades to the platform 66, the blades 50 individually have an angular pitch at the blade root defining an angle α not zero (the setting may vary according to the height of the blade and in this case, it is the setting at the foot that is of interest), and
- that said second part 170b of the flyweight 170 substantially follows this angular setting at the blade root (thus along the radially inner surface of the platform), via its two wings or lateral portions 173, 175 which are respectively radially located substantially in the elevation planes of the blade 50 considered: see substantially radial plane P1 in FIG. 4 which passes through the connection of the blade to the platform and through a radial section of the flyweight 170 shown.
Ainsi, la masselotte de la solution schématisé figure 10,11 est vrillée latéralement, d’amont vers l’aval, donc suivant la circonférence une fois la masselotte montée.Thus, the weight of the solution shown schematically in figure 10.11 is twisted laterally, from upstream to downstream, therefore following the circumference once the weight is mounted.
L’objectif est que la masselotte « pousse » radialement sensiblement en dessous des rayons de raccordement des aubes (en zone rigide donc). On attend d’une telle solution une diminution notable des contraintes en pied d’aube, par comparaison avec la figure 3, en particulier vers la zone 66a.The aim is for the flyweight to "push" radially substantially below the blade connection radii (in the rigid zone therefore). One expects from such a solution a notable reduction in the stresses at the root of the blade, in comparison with figure 3, in particular towards zone 66a.
Des tests indiquent une diminution de plus de 10%. Ceci permet un gain en contrainte statique au niveau du rayon de raccordement des aubes.Tests indicate a reduction of more than 10%. This allows a gain in static stress at the blade connection radius.
Dans les modes de réalisation préférés et illustrés, la scission en deux portions latérales 173, 175 de la deuxième partie 170b entraîne celle de la troisième partie 170c, laquelle présente donc elle-même deux portions latérales 810a,810b (figure 8) séparées par l’ouverture 830 vers l’aval du creux 83, suivant la circonférence une fois la masselotte montée.In the preferred and illustrated embodiments, the splitting into two side portions 173, 175 of the second part 170b results in that of the third part 170c, which therefore itself has two side portions 810a, 810b (FIG. 8) separated by the opening 830 downstream of the hollow 83, following the circumference once the flyweight is mounted.
Une fois montée, la masselotte est en contact avec le disque 48 qui est une pièce critique, à ménager. Pour limiter les risques d’altération, on peut revêtir chaque masselotte 170 par une couche 85 de vernis pour ne pas user la (sur)face 66c et « glisser » à son contact. Les risques de rayure sont ainsi limités.
Once mounted, the weight is in contact with the disc 48 which is a critical part, to spare. To limit the risk of alteration, each flyweight 170 can be coated with a layer 85 of varnish so as not to wear out the (sur)face 66c and “slip” on contact with it. The risk of scratching is thus limited.
Claims (13)
- la partie amont de la (ou de chaque) plateforme (66) (ou de certaines au moins de ces plateformes) présente une bride (72) :
-- s’étendant annulairement autour dudit axe (X), et,
-- définissant, avec une surface radialement intérieure (66c) de la plate-forme, au moins un dit logement (73), et,
- la masselotte (170) d'équilibrage est fixée à la bride, en porte-à-faux.Device for balancing a rotor disk (48) of the one-piece bladed disk type, the disk comprising blades (50) connected, in a one-piece and radially internal manner, to a platform (66) of the one-piece bladed disk, itself connected, in a one-piece and radially internal manner, to a rim (68) of the one-piece bladed disc, the disc (48) being mounted to rotate around an axis (X) of rotation and axially having an upstream side, towards which the blades ( 50) each have a leading edge (50a), and a downstream side, the balancing device comprising, in the radially inner part of the platform (66), at least one housing (73) where at least a balancing weight (170), characterized in that:
- the upstream part of the (or each) platform (66) (or at least some of these platforms) has a flange (72):
-- extending annularly around said axis (X), and,
-- defining, with a radially inner surface (66c) of the platform, at least one said housing (73), and,
- the balancing weight (170) is fixed to the flange, cantilevered.
- les aubes (50) présentent individuellement un calage angulaire de pied d’aube définissant un angle non nul par rapport à une parallèle audit axe (X) de rotation, là où elles se raccordent individuellement à la plateforme (66), et
- la deuxième partie de la masselotte (170) d'équilibrage suit sensiblement ce calage angulaire de pied d’aube, le long de la surface radialement intérieure de la plate-forme.Balancing device according to Claim 4, alone or in combination with at least one of Claims 5 to 10, in which:
- the blades (50) individually have an angular blade root setting defining a non-zero angle with respect to a parallel to said axis (X) of rotation, where they are individually connected to the platform (66), and
- the second part of the balancing weight (170) substantially follows this angular setting of the blade root, along the radially inner surface of the platform.
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