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Communication Dans Un Congrès Année : 2011

Influence of Abradable Coating Wear Mechanical Properties on Rotor Stator Interaction

Influence des propriétés mécaniques du revêtement abradable sur l'interaction rotor/stator

Résumé

In the field of turbomachines, better engine performances are achieved by reducing possible parasitic leakage flows through the closure of the clearance distance between blade tips and surrounding casings. Accordingly, direct contact is now commonly accepted as part of aircraft engines everyday life. In order to avoid possibly catastrophic scenarii due to high contact forces between the rotating and static components, implementation of abradable coatings has been widely recognized as a robust solution offering several advantages: reducing potential damage to the incurring blade as well as adjusting operating clearances, in-situ, to accept physical contact events. In the present work, macroscopic behavior of the abradable coating is numerically approximated through a piecewise linear plastic constitutive law which allows for real time access to the current abradable layer profile. Contact simulations are carried out considering a three-dimensional industrial finite element model of a blade from a compressor stage and its surrounding casing, assumed perfectly rigid. Due to the large number of degrees of freedom, component mode synthesis methods are used. Simulations are repetitively carried-out over a wide rotational velocity range, and a large number of distinct values for two mechanical parameters of the abradable material are considered. Results show that the amplitude of vibration is highly sensitive to the Young modulus and the plastic modulus of the abradable and that a local maximum is detected. Also, a more realistic description of the contact forces allowing for a contribution in the tangential direction is suggested.
L'optimisation des performances des turbomachines est en grande partie associée à la réduction des jeux entre parties fixes et tournantes de la structure. La inimisation de ces jeux permet notamment demaximiser le taux de compression du fluide d'un étage à l'autre et a ainsi un effet significatif sur le rendement global de la turbomachine. En contre-partie de la diminution des jeux de fonctionnement, les contacts entre les différents composants de la structures sont logiquement plus fréquents. Afin d'éviter des configurations pour lesquelles ces contacts pourraient s'avérer destructeurs, les concepteurs des turbomachines ont été amenés à considérer l'utilisation d'un revêtement abradable entre le sommet des aubes et le carter environnant. L'ajout de ce matériau permet de réduire les dégâts causés par des contacts directs aubes/carter et également d'ajuster les jeux de fonctionnement. Cette étude a pour but d'évaluer l'influence des propriétés mécaniques du matériau abradable sur la simulation d'un cas de contact aube/abradable. À partir d'un modèle éléments finis industriel 3D, une méthode de réduction modale (reposant sur laméthode de Craig-Bampton) permettant de prendre en compte les effets centrifuges appliqués sur l'aube est utilisée pour réduire les temps de calculs. Le carter, supposé parfaitement rigide, est ovalisé de façon à initier le contact puis les simulations temporelles sont effectuées en faisant varier la vitesse de rotation de l'aube ainsi que les propriétés mécaniques du matériau abradable. Les résultatsmettent en évidence la grande dépendance du niveau de vibration de l'aube aux propriétés mécaniques du revêtement abradable et notamment à son module d'Young. Contrairement à ce qu'une première approche intuitive pourrait laisser imaginer, les résultats présentés montrent que l'ajout d'un revêtement abradable n'est pas une condition suffisante pour diminuer l'amplitude des vibrations de l'aube.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Format : Autre

Dates et versions

hal-00616524 , version 1 (22-08-2011)

Licence

Paternité

Identifiants

Citer

Alain Batailly, Mathias Legrand, Christophe Pierre. Influence of Abradable Coating Wear Mechanical Properties on Rotor Stator Interaction. ASME Turbo Expo: Turbine Technical Conference and Exposition, Jun 2011, Vancouver, Canada. ⟨10.1115/GT2011-45189⟩. ⟨hal-00616524⟩
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