SUPLEMENTO DE AJUSTE PARA UN ÁLABE DE TURBOMÁQUINA.

Suplemento de ajuste (20) para álabe (14) de turbomáquina que comprende dos brazos (20A) destinados a venir contra las superficies de apoyo (16A) del pie (16) de álabe y una base (20B) que une estos brazos entre sí,

que presenta, al menos al nivel de sus brazos (20A), una estructura multicapa con al menos tres capas (31, 32, 33) fijadas unas a otras y superpuestas en este orden: una primera capa (31) de un primer material, una segunda capa (32) de un segundo material y una tercera capa (33) de un tercer material, diferente o no del primer material, presentando dichos primer y tercer materiales, respectivamente, módulos de Young primero y tercero de valores E y E', a una temperatura de funcionamiento cualquiera en el rango de temperaturas de funcionamiento del suplemento de ajuste caracterizado porque dicho segundo material presenta un segundo módulo de Young de valor comprendido entre E/20 y E/5 y entre E'/20 y E'/5, a dicha temperatura de funcionamiento

La invención se refiere a un suplemento de ajuste para un álabe de turbomáquina del tipo que comprende dos brazos destinados a venir contra las superficies de apoyo del pie del álabe y una base que une estos brazos entre sí.

**(Ver fórmula)**

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Ésta se destina a todos los tipos de turbomáquina, terrestre o aeronáutica (turborreactor, turbopropulsor, turbina de gas terrestre, etc.). En el caso particular de un turborreactor de avión de doble cuerpo, doble flujo, el suplemento de ajuste 5 de la invención puede ser utilizado para los álabes de la soplante (o “fan”), para los álabes móviles del compresor de baja presión (o “booster”), del compresor de alta presión, de la turbina de lata presión o de la turbina de baja presión del turborreactor.

En la presente solicitud, la dirección axial se corresponde con la dirección del eje de rotación A del rotor de la turbomáquina y una dirección radial es una dirección perpendicular al eje A. Por otro lado, salvo precisión en contrario, 10 los adjetivos “interior” y “exterior” se utilizan en referencia a una dirección radial de suerte que la parte interior (es decir, radialmente interior) de un elemento es más próxima al eje A que la parte exterior (es decir, radialmente exterior) del mismo elemento.

En un disco de rotor (es decir, un disco solidario del rotor) de una turbomáquina, portador de álabes, los álabes (móviles) están fijados al disco por sistemas de fijación, puede tratarse de una unión recalcada rectilínea o curvilínea, en 15 forma de martillo o en forma de abeto. Se pueden describir estos sistemas de fijación como que son dispositivos en los que los pies de álabe forman las partes macho del sistema y son retenidos radialmente en las partes hembra del sistema, dispuestas en la periferia exterior del disco y comúnmente denominadas “alvéolos”.

Durante la puesta en rotación del rotor, los álabes son sometidos principalmente a los esfuerzos centrífugos así como a los esfuerzos aerodinámicos axiales y los pies de los álabes vienen a pegarse a tope contra las partes del disco que 20 bordean la abertura exterior de los alvéolos bajo el efecto de los esfuerzos centrífugos. Las superficies de los pies de los álabes y del disco que están a tope unas contra las otras son denominadas comúnmente “superficies de apoyo”. Estas superficies de apoyo están sometidas a una presión (resultante de dichos esfuerzos, aplicada sobre la superficie de estas superficies de apoyo). Se puede estimar que esta presión depende, en primera aproximación, del cuadrado de la velocidad de rotación del rotor. 25

Se comprende, pues, que las variaciones de velocidad de rotación del rotor en el curso del ciclo de funcionamiento de la turbomáquina: de parada a todo gas, pasando por los regímenes particulares intermedios (ralentí, taxi, crucero, descenso, si se considera una turbomáquina aeronáutica) inducen variaciones de presión a los niveles de las superficies de apoyo definidas anteriormente. Estas variaciones de presión asociadas a deformaciones elásticas de las piezas en contacto provocan movimientos relativos entre el pie de álabe y el disco. Estos movimientos relativos, denominados 30 deslizamiento o separación según su naturaleza, inducen fenómenos de desgaste de las superficies de apoyo de los álabes o del disco cuando son repetitivos. Se puede, igualmente, atribuir a los movimientos dinámicos de los álabes a un régimen de rotación dado (respuestas de los álabes a las solicitaciones alternadas de naturaleza harmónica o transitoria) una contribución en el fenómeno de desgaste de dichas superficies de apoyo. Ahora bien, estos fenómenos de desgaste suponen una penalización para la duración de la vida de la turbomáquina. 35

Se pueden adoptar soluciones denominadas “antidesgaste”, es decir que retardan la aparición del desgaste en las interfaces de contacto, entre las cuales hay soluciones basadas en la introducción de un tercer cuerpo, denominado suplemento de ajuste, entre los pies de los álabes y el disco. Esta suplemento de ajuste permite, particularmente, duplicar las interfaces de contacto (se pasa de una interfaz álabe/disco a dos interfaces álabe/suplemento de ajuste y suplemento de ajuste/disco) y reducir los movimientos relativos entre las piezas en contacto, lo que permite reducir los 40 desgastes en funcionamiento.

Ejemplos de suplemento de ajuste conocidos, del tipo citado anteriormente, están descritos en los documentos de patente francesa FR 2890684 y americana US 5 240 375. Esta suplemento de ajuste está realizada enteramente de metal, se trata de una lámina metálica plegada de forma apropiada.

La invención tiene por objetivo proponer un suplemento de ajuste más eficaz que el suplemento de ajuste conocido 45 citado anteriormente, en términos de prestaciones “antidesgaste”, de manera que se puedan proteger mejor las superficies de apoyo de los álabes y del disco.

Este objetivo se alcanza gracias a un suplemento de ajuste para álabe de turbomáquina que comprende dos brazos destinados a venir contra las superficies de apoyo del pie del álabe y una base que une estos brazos entre sí, y que

presenta, al menos al nivel de sus brazos, una estructura multicapa con al menos tres capas fijadas unas a otras y superpuestas en este orden: una primera capa de un primer material, una segunda capa de un segundo material y una tercera capa de un tercer material, diferente o no del primer material, presentando dichos primer y tercer materiales, respectivamente, módulos de Young primero y tercero de valores E y E', a una temperatura de funcionamiento cualquiera en el rango de temperaturas de funcionamiento del suplemento de ajuste y dicho segundo material presenta 5 un segundo módulo de Young de valor comprendido entre E/20 y E/5 y entre E'/20 y E'/5, a dicha temperatura de funcionamiento cualquiera.

Se advertirá que el módulo de Young de un material varía en función de la temperatura de este material y que, en consecuencia, los valores de E y E' dependen de la temperatura.

Por temperaturas de funcionamiento, se tiene intención de designar las temperaturas a las cuales el suplemento de 10 ajuste está sometido cuando la turbomáquina esta en marcha, en las condiciones normales de utilización. En conformidad con la invención, la relación entre dichos primer, segundo y tercer módulos de Young definidos arriba, debe ser verificada para todas las temperaturas de el rango de temperaturas de funcionamiento del suplemento de ajuste.

Por ejemplo, cuando el suplemento de ajuste pertenece a la soplante o al compresor de baja presión de un turborreactor de avión de doble cuerpo, doble flujo, su temperatura de funcionamiento varía entre 20 y 150 ºC. Cuando aquél 15 pertenece al compresor de alta presión de un turborreactor de avión de doble cuerpo, doble flujo, su temperatura de funcionamiento varía entre 150 y 500 ºC. Cuando aquél pertenece a la turbina de alta presión de un turborreactor de avión de doble cuerpo, doble flujo, su temperatura de funcionamiento varía entre 400 y 700 ºC.

La presente invención es, pues, relativa a la adopción de dicha estructura multicapa en la cual las características (isótropas o anisótropas) de elasticidad del segundo material son superiores a las (isótropas o anisótropas) del primer y 20 del tercer materiales en el rango de funcionamiento térmico deseado.

Según un modo de realización, dichos primer y tercer materiales son aleaciones metálicas o materiales compuestos de matriz orgánica (idénticos o diferentes), mientras que dicho segundo material es no metálico. Por ejemplo, y de forma no exhaustiva, el segundo material puede ser de caucho, de silicona, de poliimida, de vidrio o de resina epóxi.

La estructura multicapa de suplemento de ajuste de la invención tiene como efectos: 25

repartir uniformemente las presiones de contacto por acomodación del suplemento de ajuste por medio de la elasticidad de la segunda capa;

limitar los movimientos relativos de las pieza, debidos a las fuerzas centrífugas durante un cambio de velocidad de rotación, por cizallamiento “estático” de la segunda capa; y

amortiguar los movimientos dinámicos eventuales del álabe por cizallamiento “dinámico” de la segunda capa. 30

Estos efectos tienen como consecuencia, principalmente, impedir o limitar los...

1. Suplemento de ajuste (20) para álabe (14) de turbomáquina que comprende dos brazos (20A) destinados a venir contra las superficies de apoyo (16A) del pie (16) de álabe y una base (20B) que une estos brazos entre sí, que presenta, al menos al nivel de sus brazos (20A), una estructura multicapa con al menos tres capas (31, 32, 33) fijadas 5 unas a otras y superpuestas en este orden: una primera capa (31) de un primer material, una segunda capa (32) de un segundo material y una tercera capa (33) de un tercer material, diferente o no del primer material, presentando dichos primer y tercer materiales, respectivamente, módulos de Young primero y tercero de valores E y E', a una temperatura de funcionamiento cualquiera en el rango de temperaturas de funcionamiento del suplemento de ajuste caracterizado porque dicho segundo material presenta un segundo módulo de Young de valor comprendido entre E/20 y E/5 y entre 10 E'/20 y E'/5, a dicha temperatura de funcionamiento.

2. Suplemento de ajuste según la reivindicación 1, en el cual dichos primer y tercer materiales son idénticos.

3. Suplemento de ajuste según la reivindicación 1 o 2, en el cual dichos primer y tercer materiales son aleaciones metálicas o materiales compuestos de matriz orgánica, mientras que el segundo material es no metálico.

4. Suplemento de ajuste según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual dicho segundo material tiene un 15 comportamiento viscoelástico en el rango de temperaturas de funcionamiento del suplemento de ajuste.

5. Suplemento de ajuste según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual dichas primera, segunda y tercera capas (31, 32, 33) se extienden igualmente al nivel de la base (20B) del suplemento de ajuste.

6. Conjunto de rotor de turbomáquina que comprende: un disco (2) de rotor que presenta sobre su periferia exterior alvéolos (4); álabes (14) fijos por sus pies (16) en dichos alvéolos (4); y suplemento de ajustes (20) según una 20 cualquiera de las reivindicaciones precedentes, estando dispuesto cada brazo (20A) de cada suplemento de ajuste entre la superficie de apoyo (16A) de un pie de álabe y la superficie de apoyo (22A) correspondiente del disco.

7. Conjunto de rotor de turbomáquina según la reivindicación 6, en el cual la base (20B) de cada uno de los suplemento de ajustes (20) se extiende bajo cada uno de los pies de álabe.

8. Conjunto de rotor de turbomáquina según la reivindicación 6, en el cual la base (220B) de cada uno de los 25 suplemento de ajustes (220) se extiende sobre la periferia externa del disco (202), entre dos alvéolos (204) adyacentes.

9. Turbomáquina que comprende un conjunto de rotor según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8.